抗菌肽研究及進展

王 濤，常維山

（山東農業大學動物科技學院預防獸醫系，山東泰安 271018）

抗菌肽研究及進展

王 濤，常維山

（山東農業大學動物科技學院預防獸醫系，山東泰安 271018）

一、抗菌肽概念

抗菌肽是生物體內存在的一種具有抗菌活性的小分子蛋白，氨基酸數目小于100，常帶正電荷，并具廣譜抗菌性的一類小肽，是生物體免疫防御系統產生的一類對抗外源性病原體致病作用的防御性多肽活性物質，是生物體先天免疫的重要組成成分,與干擾素、補體等組成了宿主的免疫防御系統,這類生物活性小分子是非專一性的免疫應答產物,具有廣譜抗菌作用,它對革蘭陽性菌、革蘭陰性菌、真菌均有抑殺作用,還可以抗原蟲、病毒,殺傷動物體內的腫瘤細胞,卻不破壞動物體內的正常細胞。抗菌肽抗菌時一般沒有特殊受體，直接通過物理作用造成細胞膜的穿孔而達到廣譜抗菌的效果，因而不會誘導抗藥株的產生，它屬于小分子多肽，在動物體內容易降解，并且無毒副作用及藥物殘留問題，因而是綠色環保型藥物。抗菌肽具有廣譜的抗菌性，包括抗革蘭氏陰性菌(G-）和陽性菌(G+）、抗真菌、抗病毒、抗腫瘤等尤其對耐藥性細菌有殺滅作用。

二、抗菌肽分類

抗菌肽在自然界分布廣泛，來源不一，種類繁多，分類也多種多樣。抗菌肽除了具有廣譜抗菌、抗真菌、抗病毒功能外，還具有抑制一些腫瘤細胞生長的作用。

（一）根據抗菌肽的結構分類根據抗菌肽的結構可將其分為五類：(1）單鏈無半胱氨酸殘基的α-螺旋，或由無規卷曲連接的兩段α-螺旋組成的肽。(2）富含某些氨基酸殘基但不含半胱氨酸殘基的抗菌肽。(3）含1個二硫鍵的抗菌多肽。(4）有2個或2個以上二硫鍵、具有β-折疊結構的抗菌肽。(5）由其它已知功能的較大的多肽衍生而來的具有抗菌活性的肽。

（二）根據抗菌肽的來源分類根據來源分類可分為4類：(1）昆蟲抗菌肽包括天蠶素類和昆蟲防御素。天蠶素是從美洲天蠶的蛹中分離到的抗菌多肽。此后，人們相繼從家蠶、柞蠶、果蠅、麻蠅中分離到了此類多肽抗生素。第1種昆蟲防御素(M-asturyama）于1988年在一種雙翅目昆蟲肉蠅中發現,至今昆蟲綱中已有15大類30多種防御素被報道。殺菌肽類對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都具有很強的殺傷力，而對真菌和真核細胞沒有毒性。（2）植物源抗菌肽是植物自身合成的能夠防御環境中微生物侵害的一類小分子多肽。包括硫素、植物防御素、脂轉移蛋白、橡膠蛋白類、打結素類、鳳仙花素、蛻皮素等。(3）魚類抗菌肽是魚體天然免疫的重要組成部分，是一類小分子蛋白質，其結構與組成復雜多樣。魚類抗菌膚的分布范圍相對比較廣，在魚類體表黏液、皮膚、鰓、血液、血清、小腸和肝臟組織等均有過分離得到抗菌肽的報道。成熟肽具有很強的抑菌活性，其最小抑制濃度多在毫摩爾水平。(4）哺乳動物中，抗菌肽在吞噬細胞和黏膜上皮細胞表達。主要有3類，分別是防御素、cathelicidins和 histatins。

三、抗菌肽作用機制

抗菌肽的結構影響其生物學活性，因為抗菌肽存在著多種結構所以其生物學活性也多種多樣。

（一）抗菌肽的抗菌作用抗菌肽對革蘭氏陰性及陽性細菌均有高效廣譜的殺傷作用。對大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、鏈球菌等常見細菌都有很強的殺滅作用。

國內外已報道至少有113種以上的不同細菌能被抗菌肽所殺滅。目前對于其作用機制并不是很清晰，國內外學者對此研究很多,但在認識上還存在分歧。有學者認為抗菌肽通過與細胞膜作用使膜蛋白自凝和失活,形成離子通道,引起膜通透性改變最后導致細菌死亡,即細胞膜損傷機理;也有學者認為抗菌肽是通過與細胞膜上存在的特異性受體及其他因子協同作用而導致細菌死亡的,即胞內損傷機理。從目前研究成果來看,抗菌肽的殺菌機理主要是細胞膜損傷機理。

（二）抗菌肽的抗病毒作用研究發現,許多α防御素對單皰疹病毒、流感病毒艾滋病病毒等被膜病毒有明顯的殺傷力。Mariam等試驗表明來源于爪蟾的抗菌肽Magainins及其他Magainins類抗菌肽具有抗皰疹病毒-HSV的作用，還發現人的嗜中性粒細胞防御素（HNP-1）對一種皰疹病毒有抑制作用。Melitiin和Cecropins在亞毒性濃度下通過阻遏基因表達來抑制HIV-1病毒的增殖。這些肽對病毒被膜直接起作用，而不是抑制病毒DNA的復制或基因表達。

（三）抗菌肽的抗寄生蟲作用抗菌肽可以有效地殺滅產生人類及動物寄生蟲病的寄生蟲，如瘧疾、Chagas氏病、萊什曼病等。Gwadz RW等用來源于天蠶的ce-cropins和來源于蛙類的magainins這2種抗菌肽作用于感染了瘧原蟲的按蚊,發現瘧原蟲的囊合子不能夠正常發育,孢子發育也受到抑制不能形成子孢子,感染途徑因此被阻斷。Shahabuddin等研究發現，昆蟲抗菌肽對引起人類瘧疾的瘧原蟲發育的不同時期有不同的作用，主要對瘧原蟲的卵囊期和子孢子期造成明顯的損傷。

（四）抗菌肽的抗腫瘤細胞作用抗菌肽對正常哺乳動物細胞及昆蟲細胞無不良影響，但對癌細胞株則有明顯殺傷作用。在真核細胞的質膜中含有豐富的膜蛋白和膽固醇，細胞中發達的微絲、微管與質膜結合，使得細胞膜比較穩定。正是這些發達的細胞骨架使真核細胞具有較強的抵抗天蠶素抗菌肽對細胞的溶解能力。但是某些腫瘤細胞的細胞骨架系統不發達，細胞質膜易被天蠶素抗菌肽插入而形成離子通道，最終將腫瘤細胞破壞而達到治療腫瘤的目的。實驗研究表明1μg/ml的天蠶素抗菌肽與腫瘤細胞作用14 h就有明顯的殺瘤作用。天蠶素、爪蛙素、鼠天蠶素抗菌肽NP-1和NP-2及天蠶素抗菌肽HNP-1均表現出對腫瘤細胞如纖維瘤細胞、宮頸癌細胞、肺癌細胞等的殺傷作用。J.-S.Ye等研究發現白血病腫瘤細胞在抗菌肽作用下產生一系列的病理變化，造成細胞器高度腫脹，膜與胞質分離，細胞器和膜結構排列紊亂，線粒體腫脹、膨大，呈空胞化變性，膜局部結構破裂缺損，崩解成碎片。Niv Papo等設計出含15個氨基酸的肽，目標是雄激素依賴和非雄激素依賴人類前列腺癌細胞系（CL1、22RV1和LNCaP）。

（五）抗菌肽對真菌的殺傷作用蛙皮素對真菌及原蟲亦有殺傷作用。Defensins是一種動物細胞內源性殺菌多肽，是從吞噬細胞中分離出來的，具有很寬的抗菌譜，它也作用于真菌和部分真核細胞。Cecropin A對感染昆蟲的真菌具有一定的殺傷作用。

四、抗菌肽在生產上的應用前景

（一）抗菌肽在飼料中應用前景作為一種廣譜、高效、無殘留的新型抗微生物藥物，抗菌肽應用于飼料中具有明顯的優勢。

1.抗菌肽具有熱穩定性。抗菌肽耐熱性能好，抗菌活性在高溫條件下不易被破壞，在飼料制粒時可耐受高溫保持其活性。

2.動物抗菌肽具備抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶水解的能力，添加在飼料中可經消化道完整吸收而發揮作用。

3.動物抗菌肽抗菌時一般沒有特殊受體，直接通過物理作用造成細胞膜的穿孔而達到廣譜抗菌的效果，因而不會誘導抗藥株的產生，它屬于小分子多肽，在動物體內容易降解，并且無毒副作用及藥物殘留問題，因而是綠色環保型藥物。

4.抗菌肽可通過基因工程方法大規模生產，周期短，成本低，且不易受外在環境因素的影響。

（二）藥用前景隨著傳統抗生素的廣泛及長期的應用,許多病原菌對它們產生了耐藥性,而具有廣譜抗菌且有獨特的抗菌機制的抗菌肽顯然在這方面的應用研究中具明顯優勢。隨著對抗菌肽結構與活性的關系、抗菌肽作用機制及其基因表達調控機制認識的不斷深化,設計一種高效的、有利于人類健康的抗菌肽作抗生素替代品是完全可行的。

目前乳酸菌素作為一種成熟的藥品已投向市場。乳酸菌除了本身對人體有健胃、整腸等保健功能外，其代謝過程中會產生許多有益物質，其中乳酸菌素的特殊功能最近引起科技產業界極大注意。由于乳酸菌素性質穩定，不受加工條件限制，所以應用范圍更為廣泛，可應用在包括發酵乳品、保健食品、化妝品及食品保鮮等領域。

五、展望

抗菌肽可殺傷多種病原體,且不易誘導細菌產生耐藥性,對癌細胞也具有抑殺作用,對動植物正常組織細胞卻無傷害,是新一代抗感染生物制劑的理想候選者,但要將抗菌肽應用到臨床中還有許多問題有待解決。不過可以預見,隨著抗菌肽基因工程技術研究的深入和分子生物學技術在抗菌肽上的成熟應用,人們可以有的放矢地合成新的抗菌肽,為更多的抗菌肽。

（略）