抗菌肽研究及进展

王 涛，常维山

（山东农业大学动物科技学院预防兽医系，山东泰安 271018）

抗菌肽研究及进展

王 涛，常维山

（山东农业大学动物科技学院预防兽医系，山东泰安 271018）

一、抗菌肽概念

抗菌肽是生物体内存在的一种具有抗菌活性的小分子蛋白，氨基酸数目小于100，常带正电荷，并具广谱抗菌性的一类小肽，是生物体免疫防御系统产生的一类对抗外源性病原体致病作用的防御性多肽活性物质，是生物体先天免疫的重要组成成分,与干扰素、补体等组成了宿主的免疫防御系统,这类生物活性小分子是非专一性的免疫应答产物,具有广谱抗菌作用,它对革兰阳性菌、革兰阴性菌、真菌均有抑杀作用,还可以抗原虫、病毒,杀伤动物体内的肿瘤细胞,却不破坏动物体内的正常细胞。抗菌肽抗菌时一般没有特殊受体，直接通过物理作用造成细胞膜的穿孔而达到广谱抗菌的效果，因而不会诱导抗药株的产生，它属于小分子多肽，在动物体内容易降解，并且无毒副作用及药物残留问题，因而是绿色环保型药物。抗菌肽具有广谱的抗菌性，包括抗革兰氏阴性菌(G-）和阳性菌(G+）、抗真菌、抗病毒、抗肿瘤等尤其对耐药性细菌有杀灭作用。

二、抗菌肽分类

抗菌肽在自然界分布广泛，来源不一，种类繁多，分类也多种多样。抗菌肽除了具有广谱抗菌、抗真菌、抗病毒功能外，还具有抑制一些肿瘤细胞生长的作用。

（一）根据抗菌肽的结构分类根据抗菌肽的结构可将其分为五类：(1）单链无半胱氨酸残基的α-螺旋，或由无规卷曲连接的两段α-螺旋组成的肽。(2）富含某些氨基酸残基但不含半胱氨酸残基的抗菌肽。(3）含1个二硫键的抗菌多肽。(4）有2个或2个以上二硫键、具有β-折叠结构的抗菌肽。(5）由其它已知功能的较大的多肽衍生而来的具有抗菌活性的肽。

（二）根据抗菌肽的来源分类根据来源分类可分为4类：(1）昆虫抗菌肽包括天蚕素类和昆虫防御素。天蚕素是从美洲天蚕的蛹中分离到的抗菌多肽。此后，人们相继从家蚕、柞蚕、果蝇、麻蝇中分离到了此类多肽抗生素。第1种昆虫防御素(M-asturyama）于1988年在一种双翅目昆虫肉蝇中发现,至今昆虫纲中已有15大类30多种防御素被报道。杀菌肽类对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有很强的杀伤力，而对真菌和真核细胞没有毒性。（2）植物源抗菌肽是植物自身合成的能够防御环境中微生物侵害的一类小分子多肽。包括硫素、植物防御素、脂转移蛋白、橡胶蛋白类、打结素类、凤仙花素、蜕皮素等。(3）鱼类抗菌肽是鱼体天然免疫的重要组成部分，是一类小分子蛋白质，其结构与组成复杂多样。鱼类抗菌肤的分布范围相对比较广，在鱼类体表黏液、皮肤、鳃、血液、血清、小肠和肝脏组织等均有过分离得到抗菌肽的报道。成熟肽具有很强的抑菌活性，其最小抑制浓度多在毫摩尔水平。(4）哺乳动物中，抗菌肽在吞噬细胞和黏膜上皮细胞表达。主要有3类，分别是防御素、cathelicidins和 histatins。

三、抗菌肽作用机制

抗菌肽的结构影响其生物学活性，因为抗菌肽存在着多种结构所以其生物学活性也多种多样。

（一）抗菌肽的抗菌作用抗菌肽对革兰氏阴性及阳性细菌均有高效广谱的杀伤作用。对大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、链球菌等常见细菌都有很强的杀灭作用。

国内外已报道至少有113种以上的不同细菌能被抗菌肽所杀灭。目前对于其作用机制并不是很清晰，国内外学者对此研究很多,但在认识上还存在分歧。有学者认为抗菌肽通过与细胞膜作用使膜蛋白自凝和失活,形成离子通道,引起膜通透性改变最后导致细菌死亡,即细胞膜损伤机理;也有学者认为抗菌肽是通过与细胞膜上存在的特异性受体及其他因子协同作用而导致细菌死亡的,即胞内损伤机理。从目前研究成果来看,抗菌肽的杀菌机理主要是细胞膜损伤机理。

（二）抗菌肽的抗病毒作用研究发现,许多α防御素对单疱疹病毒、流感病毒艾滋病病毒等被膜病毒有明显的杀伤力。Mariam等试验表明来源于爪蟾的抗菌肽Magainins及其他Magainins类抗菌肽具有抗疱疹病毒-HSV的作用，还发现人的嗜中性粒细胞防御素（HNP-1）对一种疱疹病毒有抑制作用。Melitiin和Cecropins在亚毒性浓度下通过阻遏基因表达来抑制HIV-1病毒的增殖。这些肽对病毒被膜直接起作用，而不是抑制病毒DNA的复制或基因表达。

（三）抗菌肽的抗寄生虫作用抗菌肽可以有效地杀灭产生人类及动物寄生虫病的寄生虫，如疟疾、Chagas氏病、莱什曼病等。Gwadz RW等用来源于天蚕的ce-cropins和来源于蛙类的magainins这2种抗菌肽作用于感染了疟原虫的按蚊,发现疟原虫的囊合子不能够正常发育,孢子发育也受到抑制不能形成子孢子,感染途径因此被阻断。Shahabuddin等研究发现，昆虫抗菌肽对引起人类疟疾的疟原虫发育的不同时期有不同的作用，主要对疟原虫的卵囊期和子孢子期造成明显的损伤。

（四）抗菌肽的抗肿瘤细胞作用抗菌肽对正常哺乳动物细胞及昆虫细胞无不良影响，但对癌细胞株则有明显杀伤作用。在真核细胞的质膜中含有丰富的膜蛋白和胆固醇，细胞中发达的微丝、微管与质膜结合，使得细胞膜比较稳定。正是这些发达的细胞骨架使真核细胞具有较强的抵抗天蚕素抗菌肽对细胞的溶解能力。但是某些肿瘤细胞的细胞骨架系统不发达，细胞质膜易被天蚕素抗菌肽插入而形成离子通道，最终将肿瘤细胞破坏而达到治疗肿瘤的目的。实验研究表明1μg/ml的天蚕素抗菌肽与肿瘤细胞作用14 h就有明显的杀瘤作用。天蚕素、爪蛙素、鼠天蚕素抗菌肽NP-1和NP-2及天蚕素抗菌肽HNP-1均表现出对肿瘤细胞如纤维瘤细胞、宫颈癌细胞、肺癌细胞等的杀伤作用。J.-S.Ye等研究发现白血病肿瘤细胞在抗菌肽作用下产生一系列的病理变化，造成细胞器高度肿胀，膜与胞质分离，细胞器和膜结构排列紊乱，线粒体肿胀、膨大，呈空胞化变性，膜局部结构破裂缺损，崩解成碎片。Niv Papo等设计出含15个氨基酸的肽，目标是雄激素依赖和非雄激素依赖人类前列腺癌细胞系（CL1、22RV1和LNCaP）。

（五）抗菌肽对真菌的杀伤作用蛙皮素对真菌及原虫亦有杀伤作用。Defensins是一种动物细胞内源性杀菌多肽，是从吞噬细胞中分离出来的，具有很宽的抗菌谱，它也作用于真菌和部分真核细胞。Cecropin A对感染昆虫的真菌具有一定的杀伤作用。

四、抗菌肽在生产上的应用前景

（一）抗菌肽在饲料中应用前景作为一种广谱、高效、无残留的新型抗微生物药物，抗菌肽应用于饲料中具有明显的优势。

1.抗菌肽具有热稳定性。抗菌肽耐热性能好，抗菌活性在高温条件下不易被破坏，在饲料制粒时可耐受高温保持其活性。

2.动物抗菌肽具备抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶水解的能力，添加在饲料中可经消化道完整吸收而发挥作用。

3.动物抗菌肽抗菌时一般没有特殊受体，直接通过物理作用造成细胞膜的穿孔而达到广谱抗菌的效果，因而不会诱导抗药株的产生，它属于小分子多肽，在动物体内容易降解，并且无毒副作用及药物残留问题，因而是绿色环保型药物。

4.抗菌肽可通过基因工程方法大规模生产，周期短，成本低，且不易受外在环境因素的影响。

（二）药用前景随着传统抗生素的广泛及长期的应用,许多病原菌对它们产生了耐药性,而具有广谱抗菌且有独特的抗菌机制的抗菌肽显然在这方面的应用研究中具明显优势。随着对抗菌肽结构与活性的关系、抗菌肽作用机制及其基因表达调控机制认识的不断深化,设计一种高效的、有利于人类健康的抗菌肽作抗生素替代品是完全可行的。

目前乳酸菌素作为一种成熟的药品已投向市场。乳酸菌除了本身对人体有健胃、整肠等保健功能外，其代谢过程中会产生许多有益物质，其中乳酸菌素的特殊功能最近引起科技产业界极大注意。由于乳酸菌素性质稳定，不受加工条件限制，所以应用范围更为广泛，可应用在包括发酵乳品、保健食品、化妆品及食品保鲜等领域。

五、展望

抗菌肽可杀伤多种病原体,且不易诱导细菌产生耐药性,对癌细胞也具有抑杀作用,对动植物正常组织细胞却无伤害,是新一代抗感染生物制剂的理想候选者,但要将抗菌肽应用到临床中还有许多问题有待解决。不过可以预见,随着抗菌肽基因工程技术研究的深入和分子生物学技术在抗菌肽上的成熟应用,人们可以有的放矢地合成新的抗菌肽,为更多的抗菌肽。

（略）