昆虫中抗菌肽的研究进展

【摘要】本文主要从昆虫抗菌肽的来源，结构分类，作用机制以及抗菌肽的应用等几方面来探究昆虫中抗菌肽的发展情况，以期待能成为抗生素的优质替代品，在食品，农业，医药领域发挥重要作用。

【关键词】昆虫 抗菌肽 研究进展

【基金项目】四川理工学院横向项目（项目编号HX2015018）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）34-0245-02

引言

1929年弗莱明发现能够抑制细菌生长的青霉素，抗生素这种主要由微生物产生的具有抗细菌、抗病原体、抗真菌等或其它活性的次级代谢产物，在全球范围开始广泛应用。目前已知天然抗生素不下万种，有些抗菌素已能人工合成。抗生素虽然在疾病的预防治疗、食品的保存、养殖业等方面起到了积极的社会效应，但由于抗生素的滥用导致了致病菌耐药性的加速进化，耐药基因对环境细菌产生迁移和污染，使得耐药的超级细菌逐渐增多，原有抗生素失效；并且抗生素本身具有一定毒性，长期使用会抑制人体骨髓造血机能、器官损伤和衰竭等危害。另外耐药细菌越来越多的出现，导致了抗生素的研发跟不上耐药细菌的诞生速度等。这些问题使得开发新型的绿色安全的抗菌物质来替代抗生素迫在眉睫。

抗菌肽（antimicrobial peptides—AMPs）最早是1975年由瑞典科学家Boman等从天蚕血液淋巴中发现的，也称作天蚕素。目前报道发现的抗菌肽有上千种，抗菌肽来源于植物、哺乳动物、昆虫和鱼类等多种生物。抗菌肽是细胞内的一类小分子多肽，其来源广泛，抗菌活性高、抗菌谱广、不易产生抗药性、结构稳定、易溶于水、对高等生物无毒害、体内无残留可降解作用等这些优点是非常理想的抗生素替代物，是近年来的研究热点。

昆虫在地球上分布广泛，种类繁多。许多昆虫都能携带能致使人类感染和产生疾病的病毒，细菌等有害物质，但是昆虫本身确能免疫这些物质。研究发现昆虫不具有高等动物的B细胞、T细胞完善的免疫系统，但昆虫血淋巴细胞中能产生的一类小分子多肽——抗菌肽，具有高效和强大的免疫作用，是昆虫体液免疫体系的重要成分；另外昆虫繁殖能力强，有易于获得和培养故从昆虫中分离有益抗菌肽的机率非常大，目前是生命科学研究的热点[1]。本文从昆虫抗菌肽的来源、结构及分类、作用机制、应用特性等方面进行综述。

一、昆虫抗菌肽的来源

昆虫抗菌肽是一类天然的抗菌肽，目前已经有研究报道在鳞翅目，如大蜡螟、烟草天蛾、惜古比天蚕等；双翅目，如黑腹果蝇、拟果蝇、家蝇；鞘翅目，如大黑甲、长角天牛、蜣螂等；膜翅目，如金小蜂、意大利蜜蜂、黄蜂等；半翅目，如锥蝽、马利筋长蝽、无翅红蝽等；同翅目，如飞虱；蜻蜓目，如蓝晏蜓；等翅目，如白蚁等昆虫中发现了抗菌肽。其中鳞翅目和双翅目中发现的抗菌肽占比最大。

二、昆虫抗菌肽的结构及分类

不同昆虫中的抗菌肽也有所不同。但总的来说昆虫抗菌肽普遍具有：（1）部分抗菌肽相对分子质量小于1.0×104；（2）氨基酸组成数目一般少于60个，极少数有上百个；（3）大部分带正净电荷；（4）易溶与水和脂类；（5）具有较好的热稳定性[2]。

根据其氨基酸的组成和结构特点，抗菌肽根据其结构主要可以分为3大类：（1）α-螺旋抗菌肽；（2）环型抗菌肽，包括头尾封闭的环型抗菌肽和头尾不封闭，但是分子结构中存在二硫键的环型抗菌肽；（3）分子结构中含有大量特殊氨基酸（如脯氨酸、甘氨酸）的抗菌肽。

具体细分为四大类：由线性α-螺旋带正电荷的天蚕素族、富含半胱氨酸的抗菌肽族又称昆虫防御素、富含脯氨酸的抗菌肽族、富含甘氨酸的抗菌肽族。

1.天蚕素类，最早从天蚕淋巴血中分离出来的，分子内部含有两性分子的α-螺旋结构，含不超过40个氨基酸残基，具有保守氨基酸残基。对G+菌和部分G-菌有杀伤活性，其对各种大肠杆菌和其他菌如沙门氏菌具有很强的活性，但对霉菌和其他真核细菌无细胞毒性作用，广泛存鳞翅目昆虫中；

2.昆虫防御素，含有40个左右的氨基酸残基，富含半胱氨酸是其显著特点，结构中有二硫键在抗菌过程中起到关键作用，结构与动物和某些植物的防御素相似。其对G+菌抑制作用强，有些也能抑制真菌，对G-菌无作用或抑制作用较小，广泛分布于半翅目、双翅目等昆虫中；

3.富含脯氨酸的抗菌肽，由约15～34个氨基酸残基组成，富含脯氨酸和精氨酸，脯氨酸含量占25%以上，与某些哺乳动物的抗菌多肽結构相似。一类无取代基，另一类有0-糖基化。该类抗菌肽主要抑制G-菌。广泛分布在双翅目、半翅目、鞘翅目、膜翅目等昆虫中；

4.富含甘氨酸的抗菌肽，分子量为8～30KD，可发生O-糖基化其一级结构富含大量甘氨酸，且位置高度保守，无半胱氨酸，热稳定性好。该类抗菌肽主要抑制G-菌，广泛存鳞翅目和双翅目昆虫中。

三、抗菌肽的作用机制

昆虫抗菌肽的抗菌作用机制目前还不太清楚，主要有以下几种假说[3]：

1.离子通道学说，该学说认为抗菌肽作用于微生物细胞膜上，形成离子通道或孔道，进而起到抑菌杀菌作用。主要是在研究天蚕素发现的，研究发现天蚕素A上的α-螺旋上的正电荷能通过静电作用与细菌细胞质膜磷脂分子上的负电荷结合，抗菌肽分子中的疏水键和两性α-螺旋随即插入质膜中，使质膜上蛋白质与脂质原有的排列顺序遭到破坏，多个抗菌肽分子相互聚集形成跨膜离子通道或引发膜蛋白凝集失活，进而引起细胞内渗透压失衡，最终导致细菌的死亡。还有研究发现天蚕素A结合到大肠埃希菌细胞膜后能够形成孔洞引发细胞内溶物大量渗出，最终导致菌体死亡。

2.抑制细胞呼吸学说，国外研究从刺肩蝽体内分离得到昆虫防御素类抗菌肽，发现其对细菌和真菌都具有较强的抗菌活性，没有导致细胞膜破坏但可导致细菌细胞呼吸作用受到抑制。

3.抑制细菌细胞壁的形成学说，研发发现从抗菌肽麻蝇素Ⅱ能阻碍细菌正常的细胞形态的生长，使细菌细胞壁的形成受到抑制，但对已形成细胞壁的细菌不具有杀菌作用，因此认为麻蝇素Ⅱ是通过抑制细胞壁的形成而起杀菌作用的。

4.其他细胞损伤假说，有研究发现抗菌肽也能损伤细胞的内部的结构和功能，如激活细胞内水解酶，干扰胞内核酸或蛋白质的稳定性、阻止DNA合成等来抑制或杀菌。

四、抗菌肽的应用

（一）抗菌肽在食品工业上的应用

昆虫中抗菌肽具有种类多，来源广，抗菌作用高，抗菌谱广，无毒副作用等优点在食品中能抑制食品中微生物的生长，杀灭食物中的多种革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌等致病菌。传统的食品添加剂和防腐剂主要以山梨酸、苯甲酸及其盐类等化学合成剂为主，这类化合物长期食用能对人体造成危害。故抗菌肽可作为良好的食品防腐剂或者添加剂加以开发利用。

国内有研究发现天然蚕蛹抗菌肽防腐液处理后的鲜猪肉在室温下能贮藏七天。天然蚕蛹抗菌肽防腐液对导致鲜猪肉腐败的乳酸菌和微球菌几乎全部抑制，并抑制葡萄球菌。还有研究发现枯草芽孢杆菌所产抗菌肽可用于防腐剂等，总体来说抗菌肽可用于防止食品发酵过程中的杂菌污染；可以用于罐装食品的防腐剂，延长其质保期等。

（二）抗菌肽在农畜牧业上的应用

抗生素一直在农业特别是饲料行业大范围大规模的应用，动物长期食用和积累下去，会产生毒害作用，导致产量减产和食品安全问题。抗菌肽成分为易消化吸收的氨基酸，可作为畜禽饲料添加剂取代或部分取代目前饲喂动物所用的抗生素，减少抗生素对动物体的危害，促进畜禽生长。有研究表明抗菌肽可促进动物生长，提高动物抗病能力，不容易产生耐药性，抗菌肽能提高仔猪免疫能力，促进其健康生长。在水产动物养殖饲料添加抗菌肽，能夠增加鱼类、虾类等水产动物的抗疾病能力，显著提高水产动物的成活率和生长率等。故抗菌肽是目前农畜牧业特别是饲料工业上的一个绿色环保高效的极具积极意义的研究热点。

（三）抗菌肽在医药领域的应用

抗菌肽是最具有发展前景的现有抗生素替代品。抗菌肽由于抗菌机理独特，能够单独使用发挥抗菌功效，也可以和抗生素一起使用发挥协同作用。抗菌肽能对某些肿瘤细胞有特异性的抑制作用，而对机体正常体细胞没有负面影响。已有文献报道，抗菌肽对肝癌细胞、膀胱癌细胞和宫颈癌细胞的具有一定的杀伤和抑制作用，国外公司已经开发出治疗脑膜炎和痔疮的抗菌肽药物，并开展了通过对抗菌肽的氨基酸替换改造，提供了杀菌能力降低了毒性，获得更好疗效的生物医药[4]。总的来说抗菌肽在医药领域应用前景广阔。

五、结语

昆虫是世界上种类和数量最大的族群，从这个角度看，昆虫必定天然存在着巨大的抗菌肽资源。昆虫抗菌肽不仅具有高效杀菌能力、抗菌谱广、无副作用、无耐药性等特点，而且对病毒、原虫及癌细胞也有杀伤作用。随着越来越多的科学工作者投入对抗菌肽的研究，所以抗菌肽必将成为抗生素的优质替代品，并在食品，农业，医药领域发挥出越来越重要的作用造福人类。

参考文献：

[1]LI Y M，XIANG Q，ZHANG Q H，ct a1.Overview on the recent study of antimicrobial peptides：origins，functions，relative mechanism and application[J].Peptides，2012，37（2）：207-215.

[2]王义鹏，赖仞.昆虫抗菌肽结构、性质和基因调控[J].动物学研究，2010，31（1）：2734.

[3]侯国宾，孟庆雄，宋玉竹.抗菌肽临床应用前景分析[J].生命科学，2012，24（4）：390-397.

[4]GUAN？鄄GUERRAE，SANTOS？鄄MENDOZAT，LUGO？鄄

REYESSO，et a1.Antimicrobial peptides：general overview and clinical implications in human health and disease[J].Clinical Immunology，2010，135（1）：1-11.

作者简介：

殷建新（1959.11-）男，汉族，四川自贡市人，大学本科，中级工程师，研究方向：白蚁的防治与利用。