抗真菌肽的研究與應用前景

張心苑

（東北農業大學，黑龍江省哈爾濱市150030）

真菌感染是常見的一種疾病。侵略性較強的真菌感染會降低老人、早產兒、移植器官患者等人群的抵抗力，使其發病率和死亡率提高。近年來，抗真菌耐藥性現象的出現以及真菌感染率的增加，使得原有抗生素不再具有殺死致病微生物的能力。國內外對于抗生素的使用也愈加規范嚴格，對抗生素使用的監管勢在必行，尋找一種更為安全、高效的抗性藥物也成為了我們的燃眉之急。多肽通過高通量篩選，以及根據合理的方法進行后續優化，已經成為替代抗菌劑的良好候選。

1 抗真菌肽的來源及分類

1980年 ，瑞典科學家Boman等人從被誘導天蠶蛹淋巴液的實驗中首次發現抗菌肽。最初只發現了其抗細菌功能，所以被命名為抗菌肽。隨著研究的深入，發現抗菌肽不僅僅對于細菌起作用，還具有抗細菌、抗真菌、抗癌、抗蟲、抗病毒以及免疫調節的生物學功能。目前科研人員已經從自然界中發現多種天然抗真菌肽，除了從自然界中提取天然抗真菌肽之外，也可以進行人工合成。抗真菌肽可以從以下幾方面獲得：

1.1 動物

大多數抗真菌肽被認為是無脊椎動物和有脊椎動物先天免疫系統的組成成分。一些抗真菌肽在不同有機體上展現了相同的序列。人們不僅僅從昆蟲中第一次發現抗真菌肽，同時昆蟲也是眾多天然抗真菌肽的來源。在蜘蛛以及海生無脊椎動物中富含大量的抗真菌肽。來源于哺乳類脊椎動物的抗真菌肽主要由上皮細胞和中性粒細胞產生，除了殺菌的功能外，還具有免疫調節功能的特點，一些分子可以和趨化作用的巨噬細胞一并調節促炎反應。在非哺乳動物（如：爬行動物、兩棲動物和魚）中也有少部分展示了抗真菌活動。

1.2 植物

植物被認為是在地球上最大的活性化合物來源。在應答從真菌病原體、植物表達以及基本和誘發型的感染等源源不斷產生的威脅，來源于植物的抗真菌肽根據其序列的相似性、第三結構以及半胱氨酸的基序又被區分為不同組別。大多數抗真菌肽被劃分為defensin，呈現出CSα或CSβ結構。

1.3 微生物

在微生物中也有少數抗真菌肽被發現，這些抗真菌肽往往只有一種，沒有同系物。還有一些在人體中的微生物也可以產生抗真菌肽。

由于研究的出發點不同，抗真菌肽也就有不同的分類情況。根據來源不同，可以分為動物抗真菌肽、植物抗真菌肽、微生物抗真菌肽等；根據組成成分可以分為富含半肽氨酸殘基、富含脯氨酸殘基、富含甘氨酸殘基的抗真菌肽等；根據結構可以分為：α-螺旋肽、β-折疊肽、無規則結構肽等。

2 抗真菌肽結構特點

自然界中存在著多種抗真菌肽，由于來源不同、功能不同，因此在結構方面上也會存在差異，但它們在一級結構中具有一些共同之處：如抗真菌肽通常是由12-100個氨基酸殘基組成，分子質量較小等。抗真菌肽的氨基酸組成及二級結構上主要分為α-螺旋、β-折疊和一些無規則的結構。由于大多數抗真菌肽都存在著α-螺旋的結構，因此十分穩定，在哺乳動物體內也幾乎不會出現pH值以及溫度大幅度波動的極端情況，部分抗真菌肽可以抗酶解，直接影響到用藥問題，對于其安全性也有一定的保證。β-折疊大部分屬于防御素類別，根據現有的研究發現，這種肽類物質普遍存在高等動物體內，具有廣譜的殺菌效果，可以廣泛應用于醫療當中。無規則結構的抗真菌肽比重較小，由于組成的氨基酸序列特別，形成了沒有規律可循的結構，它們主要富含Trp、Pro和 Cys。

3 抗真菌肽的理化性質

結構上的特點讓抗真菌肽也具有了特殊的理化性質：陽離子性、兩親性（即親水性和親脂性）、疏水性等。具有大量陽離子的活極性氨基酸存在于N端，呈陽離子性，這一點與抗真菌肽對于溶解細胞膜的機理息息相關。兩親性是大多數抗真菌肽擁有的結構，和陽離子性同樣對于膜溶解起到了重要的作用。疏水性殘基是由C端部分氨基酸的酰基化形成的，這是抗真菌肽進行細胞選擇的重要原因之一。

4 抗真菌肽的作用機理

隨著抗真菌肽數量的不斷增多，針對其作用機理展開研究，有利于抗真菌肽的前景發展。

4.1 對真菌細胞壁的作用

真菌的細胞壁是細胞的第一道屏障，可以有效的抵抗外部環境的影響，起到調節滲透壓的作用。在真菌細胞壁的合成蛋白質基質的過程中插入抗真菌肽，可以抑制合成，導致細胞壁不能維持正常的細胞形態、調節滲透壓的能力降低，變得異常脆弱。在外部條件影響下，真菌細胞壁容易破損，真菌隨之裂解。

4.2 對真菌細胞膜的作用

作用于真菌細胞膜的抗真菌肽主要發揮破壞作用，由于這種作用不具有特定的針對性，因此在醫學界被廣泛認可。目前關于作用機制有兩種假說分別是：孔道模型（barrel-stave）和毯式模型（carpet）。現普遍認為，對真菌細胞膜作用的抗真菌肽與其特有的兩親性α-螺旋結構以及陽離子性息息相關。通過研究發現減少電荷數量不一定會減少抗菌活性；陽離子性過高會破壞抗真菌肽的兩親性，會降低抗菌活性。

4.3 對真菌細胞內部的作用

一些抗真菌肽可以作用于細胞中提供能量的細胞器——線粒體，線粒體遭到破壞會直接導致細胞的死亡。一部分抗真菌肽具有更強的抗菌活性，其作用位置不再是細胞膜或者細胞器，而是針對遺傳物質——核酸。這類抗真菌肽能能導致遺傳物質不完整，破壞真菌細胞。

5 抗真菌肽前景應用

抗真菌肽的抗病機制與抗生素大相徑庭，它在活性、安全性、穩定性方面都有大幅度的提高，獨特的殺菌機制受到了青睞，可以作為人類以及動物真菌病的有效預防和治療藥物。利用抗真菌肽可以增加抵抗能力，減少真菌感染的幾率，廣泛應用于醫藥、畜牧、農業等領域。近年來，抗真菌肽在醫學上的應用已經取得了滿意的成果及重大成就，部分抗真菌肽已經完成試驗，一系列新型藥物已經投入使用。

和傳統的飼料添加劑相比，抗真菌肽不受季節和氣候等環境的影響，具有見效快、無殘留、無危脅等特點，在動物飼料中適量添加抗真菌肽，可以促進動物生長激素的合成、縮短生長周期、提高機體免疫力、增加存活率，提高飼料利用率，還能有效防止飼料保存時間過長而出現的發霉變質問題。

自然界中提取高純度的抗真菌肽難度較大、合成成本較為昂貴，抗真菌肽具有分子小、容易被酶解、易出現溶血現象等特性給實際應用帶來了一定的難度，提高抗真菌肽生產效率，降低成本的問題也有待解決。隨著抗真菌肽研究的不斷深入，我們有理由相信隨著技術的改進，上述問題將得以解決，更多的抗真菌肽類藥物將會進入到醫療方面，抗真菌肽會擁有更為廣闊的應用前景。