昆蟲中抗菌肽的研究進展

【摘要】本文主要從昆蟲抗菌肽的來源，結(jié)構(gòu)分類，作用機制以及抗菌肽的應(yīng)用等幾方面來探究昆蟲中抗菌肽的發(fā)展情況，以期待能成為抗生素的優(yōu)質(zhì)替代品，在食品，農(nóng)業(yè)，醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

【關(guān)鍵詞】昆蟲 抗菌肽 研究進展

【基金項目】四川理工學(xué)院橫向項目（項目編號HX2015018）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）34-0245-02

引言

1929年弗萊明發(fā)現(xiàn)能夠抑制細菌生長的青霉素，抗生素這種主要由微生物產(chǎn)生的具有抗細菌、抗病原體、抗真菌等或其它活性的次級代謝產(chǎn)物，在全球范圍開始廣泛應(yīng)用。目前已知天然抗生素不下萬種，有些抗菌素已能人工合成?？股仉m然在疾病的預(yù)防治療、食品的保存、養(yǎng)殖業(yè)等方面起到了積極的社會效應(yīng)，但由于抗生素的濫用導(dǎo)致了致病菌耐藥性的加速進化，耐藥基因?qū)Νh(huán)境細菌產(chǎn)生遷移和污染，使得耐藥的超級細菌逐漸增多，原有抗生素失效；并且抗生素本身具有一定毒性，長期使用會抑制人體骨髓造血機能、器官損傷和衰竭等危害。另外耐藥細菌越來越多的出現(xiàn)，導(dǎo)致了抗生素的研發(fā)跟不上耐藥細菌的誕生速度等。這些問題使得開發(fā)新型的綠色安全的抗菌物質(zhì)來替代抗生素迫在眉睫。

抗菌肽（antimicrobial peptides—AMPs）最早是1975年由瑞典科學(xué)家Boman等從天蠶血液淋巴中發(fā)現(xiàn)的，也稱作天蠶素。目前報道發(fā)現(xiàn)的抗菌肽有上千種，抗菌肽來源于植物、哺乳動物、昆蟲和魚類等多種生物?？咕氖羌毎麅?nèi)的一類小分子多肽，其來源廣泛，抗菌活性高、抗菌譜廣、不易產(chǎn)生抗藥性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易溶于水、對高等生物無毒害、體內(nèi)無殘留可降解作用等這些優(yōu)點是非常理想的抗生素替代物，是近年來的研究熱點。

昆蟲在地球上分布廣泛，種類繁多。許多昆蟲都能攜帶能致使人類感染和產(chǎn)生疾病的病毒，細菌等有害物質(zhì)，但是昆蟲本身確能免疫這些物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)昆蟲不具有高等動物的B細胞、T細胞完善的免疫系統(tǒng)，但昆蟲血淋巴細胞中能產(chǎn)生的一類小分子多肽——抗菌肽，具有高效和強大的免疫作用，是昆蟲體液免疫體系的重要成分；另外昆蟲繁殖能力強，有易于獲得和培養(yǎng)故從昆蟲中分離有益抗菌肽的機率非常大，目前是生命科學(xué)研究的熱點[1]。本文從昆蟲抗菌肽的來源、結(jié)構(gòu)及分類、作用機制、應(yīng)用特性等方面進行綜述。

一、昆蟲抗菌肽的來源

昆蟲抗菌肽是一類天然的抗菌肽，目前已經(jīng)有研究報道在鱗翅目，如大蠟螟、煙草天蛾、惜古比天蠶等；雙翅目，如黑腹果蠅、擬果蠅、家蠅；鞘翅目，如大黑甲、長角天牛、蜣螂等；膜翅目，如金小蜂、意大利蜜蜂、黃蜂等；半翅目，如錐蝽、馬利筋長蝽、無翅紅蝽等；同翅目，如飛虱；蜻蜓目，如藍晏蜓；等翅目，如白蟻等昆蟲中發(fā)現(xiàn)了抗菌肽。其中鱗翅目和雙翅目中發(fā)現(xiàn)的抗菌肽占比最大。

二、昆蟲抗菌肽的結(jié)構(gòu)及分類

不同昆蟲中的抗菌肽也有所不同。但總的來說昆蟲抗菌肽普遍具有：（1）部分抗菌肽相對分子質(zhì)量小于1.0×104；（2）氨基酸組成數(shù)目一般少于60個，極少數(shù)有上百個；（3）大部分帶正凈電荷；（4）易溶與水和脂類；（5）具有較好的熱穩(wěn)定性[2]。

根據(jù)其氨基酸的組成和結(jié)構(gòu)特點，抗菌肽根據(jù)其結(jié)構(gòu)主要可以分為3大類：（1）α-螺旋抗菌肽；（2）環(huán)型抗菌肽，包括頭尾封閉的環(huán)型抗菌肽和頭尾不封閉，但是分子結(jié)構(gòu)中存在二硫鍵的環(huán)型抗菌肽；（3）分子結(jié)構(gòu)中含有大量特殊氨基酸（如脯氨酸、甘氨酸）的抗菌肽。

具體細分為四大類：由線性α-螺旋帶正電荷的天蠶素族、富含半胱氨酸的抗菌肽族又稱昆蟲防御素、富含脯氨酸的抗菌肽族、富含甘氨酸的抗菌肽族。

1.天蠶素類，最早從天蠶淋巴血中分離出來的，分子內(nèi)部含有兩性分子的α-螺旋結(jié)構(gòu)，含不超過40個氨基酸殘基，具有保守氨基酸殘基。對G+菌和部分G-菌有殺傷活性，其對各種大腸桿菌和其他菌如沙門氏菌具有很強的活性，但對霉菌和其他真核細菌無細胞毒性作用，廣泛存鱗翅目昆蟲中；

2.昆蟲防御素，含有40個左右的氨基酸殘基，富含半胱氨酸是其顯著特點，結(jié)構(gòu)中有二硫鍵在抗菌過程中起到關(guān)鍵作用，結(jié)構(gòu)與動物和某些植物的防御素相似。其對G+菌抑制作用強，有些也能抑制真菌，對G-菌無作用或抑制作用較小，廣泛分布于半翅目、雙翅目等昆蟲中；

3.富含脯氨酸的抗菌肽，由約15～34個氨基酸殘基組成，富含脯氨酸和精氨酸，脯氨酸含量占25%以上，與某些哺乳動物的抗菌多肽結(jié)構(gòu)相似。一類無取代基，另一類有0-糖基化。該類抗菌肽主要抑制G-菌。廣泛分布在雙翅目、半翅目、鞘翅目、膜翅目等昆蟲中；

4.富含甘氨酸的抗菌肽，分子量為8～30KD，可發(fā)生O-糖基化其一級結(jié)構(gòu)富含大量甘氨酸，且位置高度保守，無半胱氨酸，熱穩(wěn)定性好。該類抗菌肽主要抑制G-菌，廣泛存鱗翅目和雙翅目昆蟲中。

三、抗菌肽的作用機制

昆蟲抗菌肽的抗菌作用機制目前還不太清楚，主要有以下幾種假說[3]：

1.離子通道學(xué)說，該學(xué)說認為抗菌肽作用于微生物細胞膜上，形成離子通道或孔道，進而起到抑菌殺菌作用。主要是在研究天蠶素發(fā)現(xiàn)的，研究發(fā)現(xiàn)天蠶素A上的α-螺旋上的正電荷能通過靜電作用與細菌細胞質(zhì)膜磷脂分子上的負電荷結(jié)合，抗菌肽分子中的疏水鍵和兩性α-螺旋隨即插入質(zhì)膜中，使質(zhì)膜上蛋白質(zhì)與脂質(zhì)原有的排列順序遭到破壞，多個抗菌肽分子相互聚集形成跨膜離子通道或引發(fā)膜蛋白凝集失活，進而引起細胞內(nèi)滲透壓失衡，最終導(dǎo)致細菌的死亡。還有研究發(fā)現(xiàn)天蠶素A結(jié)合到大腸埃希菌細胞膜后能夠形成孔洞引發(fā)細胞內(nèi)溶物大量滲出，最終導(dǎo)致菌體死亡。

2.抑制細胞呼吸學(xué)說，國外研究從刺肩蝽體內(nèi)分離得到昆蟲防御素類抗菌肽，發(fā)現(xiàn)其對細菌和真菌都具有較強的抗菌活性，沒有導(dǎo)致細胞膜破壞但可導(dǎo)致細菌細胞呼吸作用受到抑制。endprint

3.抑制細菌細胞壁的形成學(xué)說，研發(fā)發(fā)現(xiàn)從抗菌肽麻蠅素Ⅱ能阻礙細菌正常的細胞形態(tài)的生長，使細菌細胞壁的形成受到抑制，但對已形成細胞壁的細菌不具有殺菌作用，因此認為麻蠅素Ⅱ是通過抑制細胞壁的形成而起殺菌作用的。

4.其他細胞損傷假說，有研究發(fā)現(xiàn)抗菌肽也能損傷細胞的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和功能，如激活細胞內(nèi)水解酶，干擾胞內(nèi)核酸或蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性、阻止DNA合成等來抑制或殺菌。

四、抗菌肽的應(yīng)用

（一）抗菌肽在食品工業(yè)上的應(yīng)用

昆蟲中抗菌肽具有種類多，來源廣，抗菌作用高，抗菌譜廣，無毒副作用等優(yōu)點在食品中能抑制食品中微生物的生長，殺滅食物中的多種革蘭氏陰性細菌和革蘭氏陽性細菌等致病菌。傳統(tǒng)的食品添加劑和防腐劑主要以山梨酸、苯甲酸及其鹽類等化學(xué)合成劑為主，這類化合物長期食用能對人體造成危害。故抗菌肽可作為良好的食品防腐劑或者添加劑加以開發(fā)利用。

國內(nèi)有研究發(fā)現(xiàn)天然蠶蛹抗菌肽防腐液處理后的鮮豬肉在室溫下能貯藏七天。天然蠶蛹抗菌肽防腐液對導(dǎo)致鮮豬肉腐敗的乳酸菌和微球菌幾乎全部抑制，并抑制葡萄球菌。還有研究發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌所產(chǎn)抗菌肽可用于防腐劑等，總體來說抗菌肽可用于防止食品發(fā)酵過程中的雜菌污染；可以用于罐裝食品的防腐劑，延長其質(zhì)保期等。

（二）抗菌肽在農(nóng)畜牧業(yè)上的應(yīng)用

抗生素一直在農(nóng)業(yè)特別是飼料行業(yè)大范圍大規(guī)模的應(yīng)用，動物長期食用和積累下去，會產(chǎn)生毒害作用，導(dǎo)致產(chǎn)量減產(chǎn)和食品安全問題?？咕某煞譃橐紫盏陌被幔勺鳛樾笄蒿暳咸砑觿┤〈虿糠秩〈壳帮曃箘游锼玫目股?，減少抗生素對動物體的危害，促進畜禽生長。有研究表明抗菌肽可促進動物生長，提高動物抗病能力，不容易產(chǎn)生耐藥性，抗菌肽能提高仔豬免疫能力，促進其健康生長。在水產(chǎn)動物養(yǎng)殖飼料添加抗菌肽，能夠增加魚類、蝦類等水產(chǎn)動物的抗疾病能力，顯著提高水產(chǎn)動物的成活率和生長率等。故抗菌肽是目前農(nóng)畜牧業(yè)特別是飼料工業(yè)上的一個綠色環(huán)保高效的極具積極意義的研究熱點。

（三）抗菌肽在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

抗菌肽是最具有發(fā)展前景的現(xiàn)有抗生素替代品。抗菌肽由于抗菌機理獨特，能夠單獨使用發(fā)揮抗菌功效，也可以和抗生素一起使用發(fā)揮協(xié)同作用。抗菌肽能對某些腫瘤細胞有特異性的抑制作用，而對機體正常體細胞沒有負面影響。已有文獻報道，抗菌肽對肝癌細胞、膀胱癌細胞和宮頸癌細胞的具有一定的殺傷和抑制作用，國外公司已經(jīng)開發(fā)出治療腦膜炎和痔瘡的抗菌肽藥物，并開展了通過對抗菌肽的氨基酸替換改造，提供了殺菌能力降低了毒性，獲得更好療效的生物醫(yī)藥[4]。總的來說抗菌肽在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

五、結(jié)語

昆蟲是世界上種類和數(shù)量最大的族群，從這個角度看，昆蟲必定天然存在著巨大的抗菌肽資源。昆蟲抗菌肽不僅具有高效殺菌能力、抗菌譜廣、無副作用、無耐藥性等特點，而且對病毒、原蟲及癌細胞也有殺傷作用。隨著越來越多的科學(xué)工作者投入對抗菌肽的研究，所以抗菌肽必將成為抗生素的優(yōu)質(zhì)替代品，并在食品，農(nóng)業(yè)，醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)揮出越來越重要的作用造福人類。

參考文獻：

[1]LI Y M，XIANG Q，ZHANG Q H，ct a1.Overview on the recent study of antimicrobial peptides：origins，functions，relative mechanism and application[J].Peptides，2012，37（2）：207-215.

[2]王義鵬，賴仞.昆蟲抗菌肽結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和基因調(diào)控[J].動物學(xué)研究，2010，31（1）：2734.

[3]侯國賓，孟慶雄，宋玉竹.抗菌肽臨床應(yīng)用前景分析[J].生命科學(xué)，2012，24（4）：390-397.

[4]GUAN？鄄GUERRAE，SANTOS？鄄MENDOZAT，LUGO？鄄

REYESSO，et a1.Antimicrobial peptides：general overview and clinical implications in human health and disease[J].Clinical Immunology，2010，135（1）：1-11.

作者簡介：

殷建新（1959.11-）男，漢族，四川自貢市人，大學(xué)本科，中級工程師，研究方向：白蟻的防治與利用。endprint