抗菌多肽的研究进展

闫 娟, 江銮銮， 袁素素， 叶秀娟,2*, 吴子斌, 吴祖建(.福建农林大学 福建省植物病毒学重点研究室， 福建 福州 50002；2.福建农林大学 生物农药与化学生物学教育部重点实验室, 福建 福州 50002；.香港中文大学 生物医学学院, 香港 新界沙田 999077)

抗菌多肽是存在于生物体中具有抗菌活性的肽类物质的总称，是宿主产生的一类能够抵抗外界病原体感染的小分子蛋白，是生物体先天免疫系统的重要组成部分，对真菌、细菌、病毒、线虫等具有广泛的杀伤活性(王贤达等，2014；Wuetal.，2003；Boulangeretal.，2001；马珦玻等，2009)。由于抗菌肽与传统抗生素、化学药物的作用机制具有明显的差异，具有抗菌谱广、作用强且迅速、不易产生耐药等优点，使多肽类药物的研发越来越受到重视。本文从抗菌多肽的分类、作用和作用机理几个方面进行综述，并对抗菌多肽的应用前景及其存在的问题进行分析。

1 抗菌多肽的分类

1972年，瑞典科学家Boman等从惜古比天蚕 (Hyatophoracecropia) 蛹中首次分离得到抗菌肽物质cecropin，此肽通过向惜古比天蚕蛹的肾脏中注射蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus)诱导获得(Boman and Steiner，1981)，此后人们相继从多种生物体中分离到 1000多种抗菌肽，其分布极其广泛，从昆虫、哺乳动物、鸟类、两栖动物、鱼类到植物(Lametal.，2000)、真菌(Wangetal.，2004a；Wangetal.，2004b)、细菌(Yadavetal.，2007)和病毒等均有发现(祝骥等，2008)。

1.1 根据抗菌肽的来源分类

1.1.1 动物源抗菌肽 目前已从各种动物中获得超过1500个抗菌肽的序列信息(丁云超和张士璀，2013)，其来源包括昆虫、哺乳动物、鸟类、两栖动物、鱼类等。其中昆虫类包括鳞翅目(Lepidoptera)(陆莹瑾和王禾，1998)、双翅目(Diptera)、鞘翅目(Coleoptera)、膜翅目(Hymenoptera)、半翅目(Hemiptera)、等翅目(Isoptera)、同翅目(Homoptera)、蜻蜓目(Odonata)等；哺乳动物类包括猪、牛、马、兔、猕猴和人等；鸟类包括鸡、火鸡、鸵鸟等；两栖动物包括树蛙、蛇等在内的600多种(刘诚等，2011)；一些鱼、贝类及原索类动物海鞘等体内也存在着多种抗菌肽(曾名勇和陈胜军，2009)。

1.1.2 植物源抗菌肽 植物源抗菌肽是植物自身合成的、能够防御微生物侵害的一类小分子多肽。自然界中植物源抗菌肽种类繁多，大多为抗真菌肽，不同的植物可以产生不同的抗菌肽。至今人们已经从多种植物中分离纯化到多种抗菌肽，包括开花植物(Fujimuraetal.，2003；Wang and Ng，2000)、双子叶植物(Wang and Ng，2002；Wang and Ng，2003)、单子叶植物(Chilosietal.，2000)、裸子植物(Huangetal.，2000；Wangetal.，2000)等；从植物的各种组织中也分离到抗菌蛋白或多肽，包括根(Lam and Ng，2001；Lametal.，2000)、茎(Lametal.，2000)、叶(Goziaetal.，1993；Chilosietal.，2000)、果实(Fujimuraetal.，2003；Wangetal.，2000；Wangetal.，2002；Wangetal.，2003；)、鳞茎(Goziaetal.，1995)、种子(Chilosietal.，2000)等。

大多数植物源抗菌肽对植物病原具有良好的生物活性，部分植物源抗菌肽对部分真菌、细菌、病毒、线虫及癌细胞等具有较强的杀伤活性。Thionins是最早从植物中分离的抗菌肽(李秋剑，2006)。迄今已在植物中发现多种抗菌肽，如硫素(thionins)、植物防御素(plant defensins)、脂转移蛋白(lipid transfer protein)、、IbAMP、knottin-like、molting hormone和MBP1(祝骥等，2008)等。与动物源和微生物源抗菌肽相比较，植物源抗菌肽对于真菌具有很高的抑杀活性(刘诚等，2011)。

1.1.3 微生物源抗菌肽 微生物源抗菌肽主要包括病毒源和细菌源，最早发现的病毒源抗菌多肽是人类免疫缺陷病毒1(HIV-1)包膜蛋白胞质尾部，与其他慢性病毒的穿膜蛋白抗菌肽一样，具备抗菌活性和细胞毒性。细菌抗菌肽又称为细菌素，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都可以分泌。已经发现的细菌源抗菌肽有杆菌肽(Bacitracin)、短杆菌肽S(GramicidinS)、多勃菌素E(Polymyin E)和乳链菌肽(Nisin)4种类型(李秋剑，2006)。

1.2 依据氨基酸序列和二级结构的不同分类

α-螺旋型抗菌肽(amphipathic α-helical peptide)，β-折叠抗菌肽(β-sheet peptide stabilized)，具有环形结构抗菌肽(peptide with loop structures)和伸展性螺旋结构抗菌肽。

1.3 依据抗菌蛋白的作用机制分类

类亲环素蛋白(cyclophilin-like proteins)、葡聚糖酶(glucanases)(Wongetal., 2010)、核糖体失活蛋白(ribosome inactivating proteins)、脂转移蛋白(lipid transfer proteins)、蛋白酶抑制剂(protease Inhibitors)、2S清蛋白类(2S Albumin Proteins)(吕慧等，2012)，以及几丁质酶(chitinases)、类几丁质酶(chitinases-like proteins)(Vogelsang and Barz，2003)、防御素(defensins)和类防御素蛋白(defensins-like proteins)(Wongetal.，2003)等。

2 抗菌肽的抗菌作用

抗菌肽具有抑制细菌生长和繁殖，或者杀死细菌的功能，还具有抗真菌、抗病毒、抑制或杀伤肿瘤细胞、杀灭寄生虫和原虫等广谱的活性，并且在生物体的天然免疫系统中扮演着重要角色。

2.1 抗菌肽对细菌的杀伤作用

抗菌肽对细菌具有杀伤作用(Vizioli and Salzet，2002；Koczulla and Bals，2003)，其抗菌谱较广，且杀菌速度比较快。例如，天蚕素和乳酸链球菌素具有抗铜绿假单胞菌的活性，如果能够联合应用Ranalexin和BuforinⅠ，则对氨苄西林抗性的葡萄球菌有很好的杀伤作用。

2.2 抗菌肽对真菌的杀伤作用

抗菌肽具有抗真菌的作用(Iijimaetal.，1993)。例如，天蚕素对曲霉菌属和镰刀菌属的病原菌具有较好的杀伤活性。又如，从人和灵长类动物唾液提取出的组蛋白也具有抗真菌的作用，其作用机制可能是通过诱导活化细胞中ATP的丢失，使细胞死亡，这种作用模式与吡咯类、多烯类药物具有明显的差异。

2.3 抗菌肽对病毒和癌细胞的抑制和杀伤作用

抗菌肽还具有抗病毒、抑制或者杀伤肿瘤细胞(Winderetal.，1998)的作用。抗菌肽能够特异性地抑制某些肿瘤细胞，并且不会对人体正常细胞产生不良影响。目前已有文献报道，抗菌肽对宫颈癌细胞(Mineshibaetal.，2005)、膀胱癌细胞(Suttmannetal.，2008)、肝癌细胞(Lu and Chen，2010)具有杀伤作用及其剂量相关效应。

2.4 抗菌肽对寄生虫和原虫等的杀伤作用

抗菌肽对寄生虫(Daganetal.，2002)、抗原虫(Bomanetal.，1989)等具有杀伤作用，可以有效地杀灭人类及动物的一些寄生虫。例如，研究者合成了一种对利什曼原鞭毛虫有杀伤作用的天蚕素—蜂毒素杂合肽(Díaz-Achiricaetal.，1998)；Dermaseptin的一种衍生物能够杀灭寄生于红细胞内的恶性疟原虫；Dermaseptin家族中由29个氨基酸组成的肽段DS-01对枯氏锥虫具有抗性。

2.5 抗菌肽的其它作用

抗菌肽不仅能够直接杀灭侵入生物体内的病原微生物，还在天然免疫系统中扮演着更加重要的角色。有些抗菌肽具有调节免疫(Gutsmannetal.，2001)、促中性粒细胞、T细胞的化学趋化、促进伤口愈合、诱导细胞凋亡(Chenetal.，2001)、抑制蛋白激酶C(Charpetal.，1988)、抑制促肾上腺皮质激素(Zhuetal.，1988)等多方面的活性。

3 抗菌肽的抑菌机理

目前关于抗菌肽的作用机理还未能达成共识。有的认为抗菌肽是通过与细胞膜作用，引起膜通透性改变导致病原菌死亡；有的认为抗菌肽与胞膜上的特异性受体及其他因子协同作用使病原菌死亡；有的认为抗菌肽作用于细胞壁、线粒体等抑制或杀死病原菌。但目前研究成果表明，多数抗菌肽主要是通过作用于细菌的细胞膜，破坏其完整性并产生穿孔现象，造成细胞内容物溢出胞外而死亡。抗菌肽的作用机理有多种，对同一种病原菌不同的抗菌肽可能作用机制不同，同一种抗菌肽也可能具有不同的作用机制。阐明抗菌肽的作用机制有利于病害的防治和药物的开发利用。

3.1 抗菌肽可以通过改变细胞膜的通透性起杀菌或抑菌的作用

据现有的研究结果证明，几乎所有的抗菌肽都是阳离子型的，大多数具有两亲α-螺旋和/或两亲β-折迭结构。Boman等(1993)发现猪cecropin P1能在大肠杆菌细胞膜上形成电势依赖通道、改变其通透性，从而起杀菌作用，这与Christensen等人(1988)的报道一致，杀菌过程为：抗菌肽分子两亲α-螺旋上的正电荷与细菌质膜磷脂分子上的负电荷通过静电作用相互吸引而靠近；接着借助于分子中N端与C端间的连续结构的柔性，抗菌肽分子中的疏水端插入质膜中；然后两亲性α-螺旋也插入质膜中，破坏脂质双分子层原有的有序结构，α-螺旋的两亲性使抗菌肽分子通过膜内分子间的位移而聚集在一起，在膜上形成离子通道，最终细菌因渗透压改变而死亡。

3.2 部分抗菌肽可通过对细菌胞内酶结构、功能及对细菌胞内信号转导影响发挥作用

以BuforinⅡ抗菌肽为例，抗菌肽可不通过细胞膜，直接作用于胞质内DNA，通过干扰细菌细胞外膜蛋白的转录，抑制细菌生长，从而达到抑菌作用(Parketal.，2000)。刘忠渊等(2008)发现新疆家蚕抗菌肽Cecropin-XJ与细菌DNA双螺旋沟槽结合，从而干扰其复制转录过程。

3.3 抗菌肽可直接作用于细胞壁

Harder等(2001)发现人的抗菌肽β-defensin 3能够阻止外膜蛋白质的合成，从而抑制细菌细胞壁的形成，使细菌不能维持正常的细胞形态，生长受阻，并使细胞壁穿孔，最终导致细菌死亡。

3.4 抗菌肽可直接作用于线粒体

通过抑制细菌呼吸作用，从而导致细菌死亡(刘淼和郑风劲，2012)。在超微结构中发现线粒体会出现肿胀、空泡化、嵴脱落和不规则排列，核膜界限不清，部分核破裂，有内容物溢出等现象(杨星剑等，2005)。

4 抗菌肽的应用前景及存在的问题

微生物耐药性或抗药性增强等问题日渐突出，寻找新的抗菌资源已成为人们关注的焦点。由于抗菌肽的特殊作用机制，一般能在接触微生物2-3 min这样极短的时间内将其杀死，无论微生物是否处于生长期，都能够发挥快速杀菌的作用。抗菌肽还能直接杀灭多种微生物(甚至病毒、肿瘤和AIDS病毒)，并且不会给人体带来副作用，是一类大有开发前景的抗菌药物。抗菌肽应用最广、最具开发价值的就是其药用价值，但要成为药物还需解决一些问题：(1)抗菌肽的提取纯化技术，这直接决定了抗菌肽的生产成本及其市场竞争力。(2)构建基因工程菌以提高表达量。(3)抗菌肽的稳定性和免疫反应问题，即需要对抗菌肽进行分子改造，使其既降低对蛋白酶的敏感性又降低机体的抗原性。(4)耐药性问题。抗菌肽以其独特的作用机制，虽然很难产生耐药性，但由于自然界中一些病原微生物具有天生的耐药性，这就要求在使用抗菌肽时要及时发现耐药性的病菌。因此，如何提高抗菌多肽的产量、降低生产成本等成为未来的研究方向。

总的来说，抗菌肽的应用具有极好的药用前景，其将成为对付耐药性微生物及其它相关病害的新型武器，开辟蛋白类药物发展的新天地。随着基因工程技术和化学合成技术的不断提高，多肽类抗菌剂极有可能成为一种高效低毒且无残留的抗菌、抗病毒的新型药。

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