ε-聚赖氨酸研究进展

刘琴英 翁建超 谢斯超 蒋冬花

（浙江师范大学化学与生命科学学院 浙江 金华 321004）

ε-聚赖氨酸（ε-PL）在近些年来引起了学者们的广泛关注。ε-PL最先由日本学者S.shima和H.sakai[1]在筛选有价值的生物碱时偶然从放线菌培养过滤液中提取出的天然生物代谢产物。因其在人体内可分解为L-赖氨酸，作为人体必需氨基酸被吸收，从而对人体不存在任何毒副作用。另外，ε-PL因其广谱抑菌性，热稳定性好，水溶性好，不仅在食品工业界作为生物防腐剂得到广泛应用，并且作为生物材料广泛应用于药物载体、基因芯片等医疗领域。

1 ε-PL的理化性质

ε-PL是一种偶然发现于放线菌过滤液中的碱性氨基酸聚合物，其由25-35个L-赖氨酸通过α-ε酰胺键依次连接而成（图 1），分子量约为 3500-4500，无固定的熔点，250℃以上开始软化分解 ，吸湿性强，略有苦味，易溶于水、盐酸，微溶于乙醇，生物可降解，安全无毒，在1680-1640cm和1580-1520cm有强的红外吸收峰。

图1 ε-PL的化学结构Fig.1 Chemical structure of ε-PL

2 ε-PL的作用机制

2.1 ε-PL的抑菌机制

研究表明[2]，ε-PL抑制菌主要有以下两种方式：第一，破坏细胞膜的完整性。ε-PL吸附到细胞膜上，通过一定的物化作用破坏膜结构完整性，从而使细胞膜丧失对物质的选择性，引起细胞的物质、能量和信息传递中断并可导致胞内溶酶体膜破裂而诱导微生物产生自溶作用，最终导致细胞死亡。第二，破坏蛋白合成系统。ε-PL呈高聚合多价阳离子态，可以与核糖体结合抑制蛋白和酶的合成，从而使微生物在能量转化、物质代谢过程中因缺乏相关酶而未能正常进行，导致微生物生长抑制或死亡。此外，S.shima等人[5,6]研究发现ε-PL要形成具有生物活性的空间构象氨基酸个数不能小于10及分子中的碱性基团氨基是ε-PL抑菌关键基团，若化学修饰ε-PL的氨基，抑菌活性将会丧失。

2.2 ε-PL的自我保护机制

研究表明[3,4]，为防止ε-PL对本身菌株的抑制作用，ε-PL生产菌株具有自我保护酶—ε-PL降解酶，该酶与能与菌体细胞膜紧密结合，起到保护菌体的作用。

3 ε-PL菌株筛选方法

3.1 PolyR-478法

2002年，日本学者Masanobu Nishikawa等人[2,7]在培养基中加入PolyR-478，使ε-PL产生菌周围因静电吸引PolyR-478产生颜色圈，从而对其进行了大规模筛选。研究发现，ε-PL基本上是由白色链霉菌发酵而得，少数由麦角真菌产生。但这种方法也存在缺陷，一是后期处理仍然比较繁琐，二是酸性染料PolyR-478已经停产。

3.2 美蓝法

2005年，朱宏阳等人[6,8]在初筛培养基中加入美蓝，挑选出形成透明圈的菌，利用Dragendorff试剂复筛，筛选到一株北里孢菌。采用这种方法，2006年江南大学张超[7,9]筛选到一株白色链霉菌。该法相比较PolyR-478法特异性大为提高。但该方法也有不足,美蓝毒性较强，即使在0.002%极低浓度下仍对菌株有较强的毒害作用,直接添加到分离培养基中,严重抑制菌株生长,导致透明圈不明显,筛菌效率极低。

2007年，段杉等[7,10]改进美蓝法，采用喷洒美蓝，筛得一株灰橙链霉菌。但实际应用时存在问题,一是喷洒的美蓝容易被琼脂吸附浓缩于表面而不易被排斥形成透明圈,二是喷洒易污染实验环境,三是喷洒时易将孢子吹散不便于分离。

3.3 诱惑红法

2010年，江南大学廖莉娟等[11]在培养基中加入一种酸性染料诱惑红进行初筛，其作用机理类似于PolyR-478，利用Dragendorff试剂、薄板层析进行复筛，筛选得到26株菌株。该方法快捷、高效且对菌株无毒害，是目前较为理想的筛选方法。

4 ε-PL的应用

4.1 ε-PL在食品保鲜防腐方面的应用

ε-PL之所以能取代α-PL成为优良的食品防腐保鲜剂，主要因其安全无毒、抑菌谱广、水溶性大、热稳定性好等优点。2003年美国食品和医药管理局(FDA)[12]正式批准ε-PL为食品防腐剂，并广泛使用于日韩美传统日常菜肴、果酱、色拉等。

4.2 ε-PL在医药研究中的应用

由于ε-PL带正电能与带负电的物质发生强的静电吸引力，易通过生物膜且不易分解，可以有效降低药物阻力且提高药物的转运效率。因此，ε-PL被广泛用于药物的缓释和靶向载体，如Sospedra等[13]以ε-PL为主链的分支聚合蛋白搭载生物大分子治疗肝炎病毒,取得良好疗效。2003年Kido[14]发现ε-PL可作为食疗剂,抑制肥胖。ε-PL能够有效分解含有胆盐和磷酸胆碱的乳剂，进而抑制脂肪酶活性，减少小肠对脂肪的吸收，达到抑制肥胖效果。

此外,ε-PL在基因芯片的制造、电子材料、化妆品增白剂等均有重要用途。

5 展望

相比较国外尤其是日、韩、美，国内对ε-PL研究起步较晚，研究较为浅薄。但经过多年努力，国内研究工作也已从ε-PL菌株筛选的初级阶段转向代谢途径解析及合成降解机理的深入研究；从食品防腐的应用方向走向产业化生产的研究阶段。此外，ε-PL也正申请进入《食品添加剂使用卫生标准》。相信不久，ε-PL将在国内食品、医药、化妆品领域得到广泛应用，占据广阔的市场，产生巨大的社会和经济效益。S

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