對抗菌肽的應用研究

摘要：大量的β-內酰胺類抗生素，對保護人類健康作出了巨大貢獻。隨著上述“傳統(tǒng)抗生素”的廣泛使用，不斷產(chǎn)生出諸多如β-內酰胺類抗生素的過敏反應以及長期使用導致抗藥菌株的產(chǎn)生。隨之發(fā)現(xiàn)，某些陽離子型多肽具有廣譜的抗菌活性，同時具有“傳統(tǒng)抗生素”無法比擬的優(yōu)越性成為新一代抗菌劑。本文就其發(fā)展過程進行分析敘述。

關鍵詞：抗菌肽 制藥工業(yè) 分類 機理 作用 發(fā)展

抗菌肽(antimicrobial peptides)是具有抗菌活性短肽的總稱。1975年瑞典家G.Boman等人等從惜古比天蠶(Hyatophoracecropia)蛹中誘導分離得到一種殺菌肽，并將其命名為cecropin。此后，許多抗菌肽相繼被分離、純化。一些抗菌肽的氨基酸一級結構和基因序列得到確定。80年代，有關抗菌肽的研究主要集中在大型的昆蟲。90年代以來，在繼續(xù)對大型經(jīng)濟昆蟲進行研究的同時，又擴展到一些小型昆蟲和其它無脊椎及脊椎動物，抗菌肽已成為免疫學和分子生物學研究的熱點。

1 抗菌肽的分類

迄今為止從不同生物體內誘導的抗菌肽已不下200種，僅從昆蟲體內分離獲得的就多達170余種。根據(jù)抗菌肽的結構，可將其分為5類：

1.1 單鏈無半胱氨酸(Cys)的抗菌肽，或由無規(guī)則卷曲連接的兩段а-螺旋組成的肽。該類包括天蠶素Cecropins，Magainins等。

1.2 富含某些氨基酸殘基但不含Cys的抗菌肽。如富含脯氨酸(Pro)或甘氨酸(Gly)殘基的抗菌肽。如從豬腸內分離的抗菌肽PR39中Pro含量占49%。鞘翅肽Coleoptericin和半翅肽Hemiptericin的全序中富含Gly。

1.3 含一個二硫鍵的抗菌肽，該二硫鍵的位置通常在肽鏈C端。如爪蟾皮膚細胞中產(chǎn)生的Brevinins。

1.4 有兩個或兩個以上二硫鍵，具有β折疊結構的抗菌肽。如綠蠅防御素(Phormindefensin)，分子內有6個Cys形成3個分子內二硫鍵，肽鏈C末段是帶有擬β轉角的反向平行的β片層。實驗證明，分子中的二硫鍵在其抗菌作用中至關重要。

1.5 由其他已知功能較大的多肽衍生而來的具有抗菌活力的肽。

2 抗菌肽的作用及機理

2.1 抗菌肽的抗菌作用及其機理

抗菌肽分子可以在細菌細胞質膜上穿孔而形成離子孔道，造成細菌細胞膜結構破壞，引起胞內水溶性物質大量滲出，而最終導致細菌死亡?？咕姆肿邮紫冉Y合在質膜上，接著其分子中的疏水段和兩親性α-螺旋也插入到質膜中，最終通過膜內分子間的相互位移，抗菌肽分子聚集形成離子性通道，使細菌失去了膜勢而死亡。

2.2 抗菌肽的抗病毒作用及其機理

發(fā)現(xiàn)煙芽夜蛾幼蝦的血淋巴對6種DNA、RNA病毒有明顯的抑制作用，使病毒感染力迅速降低，而且這種抗病毒活性具有廣譜性。Mariam試驗表明來源于爪蟾的抗菌肽Magainins及其它Magainins類抗菌肽具有抗皰疹病毒-HSV的作用，還發(fā)現(xiàn)人的嗜中性粒細胞防御素(HNP-1)對一種皰疹病毒有抑制作用。此外，蜂毒素和天蠶素也可以在亞毒性濃度下抑制艾滋病毒HIV-1的基因表達，從而抑制減少HIV-1的增殖。這表明抗菌肽對于當今人類的頑癥——艾滋病也有抑制作用。

2.3 抗菌肽的抗寄生蟲作用及其機理

抗菌肽可以有效地殺滅產(chǎn)生人類及動物寄生蟲病的寄生蟲，如瘧疾、Chagas氏病、萊什曼病等。發(fā)現(xiàn)一種合成的天蠶素-蜂毒素雜合體對萊什曼原鞭毛蟲有損傷作用，起作用的靶目標是細胞質膜，它可以快速降低H- OH+的通透性，破壞膜電勢，質膜形態(tài)也受到損壞。Shahabuddin研究發(fā)現(xiàn)昆蟲抗菌肽對感染蚊子的瘧原蟲發(fā)育的不同時期有不同的作用，主要對瘧原蟲的卵囊期和子孢子期造成明顯的損傷。

2.4 抗菌肽對腫瘤細胞作用及其機理

國內外已對抗菌肽殺傷腫瘤細胞的作用進行了廣泛研究，發(fā)現(xiàn)抗菌肽對體外培養(yǎng)的癌細胞的作用主要是使癌細胞膜上形成孔洞，物外泄，線粒體出現(xiàn)空泡化，嵴脫落。核膜界限模糊不清，有的核膜破損，核染色體DNA斷裂，并抑制染色體DNA的合成，細胞骨架也受到一定程度的損傷。通過對荷瘤小鼠的研究證明，抗菌肽能顯著抑制ECA腹水瘤荷瘤小鼠腹水的積累；對S180肉瘤和U14宮頸癌的抑瘤率亦達30%-50%。抗菌肽還可以調動機體的免疫機能，從體液免疫方面來抵抗癌瘤的入侵。

3 抗菌肽的前景

抗菌肽的天然產(chǎn)量低，合成或從機體中提取步驟復雜、產(chǎn)率低、價格相當昂貴，利用基因工程技術生產(chǎn)抗菌肽具有重要意義?？咕乃鶖y帶的堿性氨基酸使其對蛋白酶非常敏感，必須采用融合表達策略以抵消其堿性并降低其對宿主細胞的毒性。

大部分植物抗菌肽是從植物種子中分離獲得的，它們可以保護植物組織和種子不受真菌病原菌的侵害，但是植物抗菌肽對大部分細菌無抑制活性。因此，依靠基因工程的用其它真核生物的抗菌肽基因來轉化農作物，培育抗病新品種是當前國內外的一個熱點。

動物抗菌肽和干擾素、補體一樣是機體非特異性天然防御系統(tǒng)的重要組成部分。機體受損傷或病原微生物入侵時，能迅速產(chǎn)生抗菌肽來殺傷入侵者，它對正常真核細胞幾乎沒有作用。另外，因為抗菌肽的合成速度非?？?假定核糖體上肽鍵合成速率不變，抗菌肽的產(chǎn)生比IgM要快100多倍)，而且小肽的擴散比大的蛋白質和免疫細胞更加迅速，作用更顯靈活，所以Boman曾指出，抗菌肽是機體的一種理想的一線防御物。與普通抗生素相比，抗菌肽的“抗菌譜”更廣，除了抗細菌外，有的抗菌肽還能作用于真菌、原蟲、有包膜的病毒及癌細胞(對癌細胞的選擇性作用可能與其細胞骨架的改變有關)，同時能加速免疫和傷口愈合過程。這預示抗菌肽在及預防癌癥和抗病毒、抗感染等方面具有良好的應用前景。更為重要的是，由于抗生素的濫用導致菌株產(chǎn)生了抗性，人們需要尋找新的抗菌藥劑?？咕倪@種從生物體中獲得的物質恰巧具有獨特的抗菌機理，不是像一般的抗生素那樣通過阻斷生物大分子的生物合成來發(fā)揮作用，因而極有希望開發(fā)成為一類新型的廣譜高效抗菌藥物。

4 研究展望及存在

抗菌肽是哺乳動物防御系統(tǒng)的一個重要組成部分，具有熱穩(wěn)定、水溶性好、廣譜殺菌，甚至有的能殺真菌、原蟲等優(yōu)點，而且許多抗菌肽在100℃加熱10min條件下仍能保持一定活力，且對較大的離子強度和較低或較高的PH都有較強的抗性，而對真核細胞幾乎無作用，僅作用于原核細胞和發(fā)生病變的真核細胞，并且與抗生素通過阻斷大分子生物合成的作用機制完全不同，病源菌不易對其產(chǎn)生耐藥性，由此顯示了它具有獨特的研究和應用價值。

4.1 藥用前景

隨著傳統(tǒng)抗生素的廣泛及長期的應用，許多病源菌對它們產(chǎn)生了耐藥性，而具有廣譜抗菌且有獨特的抗菌機制的抗菌肽顯然在這方面的應用研究中具明顯優(yōu)勢。隨著對抗菌肽結構與活性的關系、抗菌肽作用機制及其基因表達調控機制認識的不斷深化，設計一種高效的、有利于人類健康的抗菌肽作抗生素替代品是完全可行的。

4.2 轉基因研究及應用

仔豬腹瀉、奶牛乳房炎及各種病毒性疾病如豬瘟、雞新城疫等一直是棘手的疾病，不利于畜牧業(yè)的。借鑒已成功的昆蟲抗菌肽轉基因工程，如轉基因蚊子、轉基因馬鈴薯、轉基因水稻等，把特異的抗菌肽基因轉入畜禽特定細胞讓其表達，從而產(chǎn)生抗病新品種，不失為一條發(fā)展畜牧生產(chǎn)的新思路，前景深遠。

4.3 抗菌肽基因表達調控及抗菌肽添加劑研究

研究表明，抗生素添加劑的使用嚴重破壞了動物腸道的微生物平衡，并易在動物體內殘留，嚴重影響了畜產(chǎn)品的品質和人類的健康。用基因工程方法生產(chǎn)環(huán)保型抗菌肽添加劑，或者，通過日糧因素調控抗菌肽基因的表達而達到畜產(chǎn)品無抗素化值得進一步研究。

抗菌肽是生物體對外界病原物質侵染而產(chǎn)生的一系列免疫應答反應產(chǎn)物，它的出現(xiàn)為人們尋找理想的抗菌藥物提供新的領域，尤其是當今許多抗生素產(chǎn)生了耐藥性，因此抗菌肽具有巨大的潛力?；蚬こ碳夹g極大的促進了抗菌肽的和開發(fā)，通過抗菌肽基因的克隆與表達而大量生產(chǎn)成為可能。雖然抗菌肽還不能直接應用于養(yǎng)殖業(yè)，但抗菌肽獨特的作用機理不易產(chǎn)生耐藥性的特性將吸引科研工作的不斷深入，可以相信抗菌肽將在動物養(yǎng)殖和提高畜產(chǎn)品品質方面發(fā)揮重要作用。