昆蟲中抗菌肽的研究進展

【摘要】本文主要從昆蟲抗菌肽的來源，結構分類，作用機制以及抗菌肽的應用等幾方面來探究昆蟲中抗菌肽的發展情況，以期待能成為抗生素的優質替代品，在食品，農業，醫藥領域發揮重要作用。

【關鍵詞】昆蟲 抗菌肽 研究進展

【基金項目】四川理工學院橫向項目（項目編號HX2015018）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）34-0245-02

引言

1929年弗萊明發現能夠抑制細菌生長的青霉素，抗生素這種主要由微生物產生的具有抗細菌、抗病原體、抗真菌等或其它活性的次級代謝產物，在全球范圍開始廣泛應用。目前已知天然抗生素不下萬種，有些抗菌素已能人工合成。抗生素雖然在疾病的預防治療、食品的保存、養殖業等方面起到了積極的社會效應，但由于抗生素的濫用導致了致病菌耐藥性的加速進化，耐藥基因對環境細菌產生遷移和污染，使得耐藥的超級細菌逐漸增多，原有抗生素失效；并且抗生素本身具有一定毒性，長期使用會抑制人體骨髓造血機能、器官損傷和衰竭等危害。另外耐藥細菌越來越多的出現，導致了抗生素的研發跟不上耐藥細菌的誕生速度等。這些問題使得開發新型的綠色安全的抗菌物質來替代抗生素迫在眉睫。

抗菌肽（antimicrobial peptides—AMPs）最早是1975年由瑞典科學家Boman等從天蠶血液淋巴中發現的，也稱作天蠶素。目前報道發現的抗菌肽有上千種，抗菌肽來源于植物、哺乳動物、昆蟲和魚類等多種生物。抗菌肽是細胞內的一類小分子多肽，其來源廣泛，抗菌活性高、抗菌譜廣、不易產生抗藥性、結構穩定、易溶于水、對高等生物無毒害、體內無殘留可降解作用等這些優點是非常理想的抗生素替代物，是近年來的研究熱點。

昆蟲在地球上分布廣泛，種類繁多。許多昆蟲都能攜帶能致使人類感染和產生疾病的病毒，細菌等有害物質，但是昆蟲本身確能免疫這些物質。研究發現昆蟲不具有高等動物的B細胞、T細胞完善的免疫系統，但昆蟲血淋巴細胞中能產生的一類小分子多肽——抗菌肽，具有高效和強大的免疫作用，是昆蟲體液免疫體系的重要成分；另外昆蟲繁殖能力強，有易于獲得和培養故從昆蟲中分離有益抗菌肽的機率非常大，目前是生命科學研究的熱點[1]。本文從昆蟲抗菌肽的來源、結構及分類、作用機制、應用特性等方面進行綜述。

一、昆蟲抗菌肽的來源

昆蟲抗菌肽是一類天然的抗菌肽，目前已經有研究報道在鱗翅目，如大蠟螟、煙草天蛾、惜古比天蠶等；雙翅目，如黑腹果蠅、擬果蠅、家蠅；鞘翅目，如大黑甲、長角天牛、蜣螂等；膜翅目，如金小蜂、意大利蜜蜂、黃蜂等；半翅目，如錐蝽、馬利筋長蝽、無翅紅蝽等；同翅目，如飛虱；蜻蜓目，如藍晏蜓；等翅目，如白蟻等昆蟲中發現了抗菌肽。其中鱗翅目和雙翅目中發現的抗菌肽占比最大。

二、昆蟲抗菌肽的結構及分類

不同昆蟲中的抗菌肽也有所不同。但總的來說昆蟲抗菌肽普遍具有：（1）部分抗菌肽相對分子質量小于1.0×104；（2）氨基酸組成數目一般少于60個，極少數有上百個；（3）大部分帶正凈電荷；（4）易溶與水和脂類；（5）具有較好的熱穩定性[2]。

根據其氨基酸的組成和結構特點，抗菌肽根據其結構主要可以分為3大類：（1）α-螺旋抗菌肽；（2）環型抗菌肽，包括頭尾封閉的環型抗菌肽和頭尾不封閉，但是分子結構中存在二硫鍵的環型抗菌肽；（3）分子結構中含有大量特殊氨基酸（如脯氨酸、甘氨酸）的抗菌肽。

具體細分為四大類：由線性α-螺旋帶正電荷的天蠶素族、富含半胱氨酸的抗菌肽族又稱昆蟲防御素、富含脯氨酸的抗菌肽族、富含甘氨酸的抗菌肽族。

1.天蠶素類，最早從天蠶淋巴血中分離出來的，分子內部含有兩性分子的α-螺旋結構，含不超過40個氨基酸殘基，具有保守氨基酸殘基。對G+菌和部分G-菌有殺傷活性，其對各種大腸桿菌和其他菌如沙門氏菌具有很強的活性，但對霉菌和其他真核細菌無細胞毒性作用，廣泛存鱗翅目昆蟲中；

2.昆蟲防御素，含有40個左右的氨基酸殘基，富含半胱氨酸是其顯著特點，結構中有二硫鍵在抗菌過程中起到關鍵作用，結構與動物和某些植物的防御素相似。其對G+菌抑制作用強，有些也能抑制真菌，對G-菌無作用或抑制作用較小，廣泛分布于半翅目、雙翅目等昆蟲中；

3.富含脯氨酸的抗菌肽，由約15～34個氨基酸殘基組成，富含脯氨酸和精氨酸，脯氨酸含量占25%以上，與某些哺乳動物的抗菌多肽結構相似。一類無取代基，另一類有0-糖基化。該類抗菌肽主要抑制G-菌。廣泛分布在雙翅目、半翅目、鞘翅目、膜翅目等昆蟲中；

4.富含甘氨酸的抗菌肽，分子量為8～30KD，可發生O-糖基化其一級結構富含大量甘氨酸，且位置高度保守，無半胱氨酸，熱穩定性好。該類抗菌肽主要抑制G-菌，廣泛存鱗翅目和雙翅目昆蟲中。

三、抗菌肽的作用機制

昆蟲抗菌肽的抗菌作用機制目前還不太清楚，主要有以下幾種假說[3]：

1.離子通道學說，該學說認為抗菌肽作用于微生物細胞膜上，形成離子通道或孔道，進而起到抑菌殺菌作用。主要是在研究天蠶素發現的，研究發現天蠶素A上的α-螺旋上的正電荷能通過靜電作用與細菌細胞質膜磷脂分子上的負電荷結合，抗菌肽分子中的疏水鍵和兩性α-螺旋隨即插入質膜中，使質膜上蛋白質與脂質原有的排列順序遭到破壞，多個抗菌肽分子相互聚集形成跨膜離子通道或引發膜蛋白凝集失活，進而引起細胞內滲透壓失衡，最終導致細菌的死亡。還有研究發現天蠶素A結合到大腸埃希菌細胞膜后能夠形成孔洞引發細胞內溶物大量滲出，最終導致菌體死亡。

2.抑制細胞呼吸學說，國外研究從刺肩蝽體內分離得到昆蟲防御素類抗菌肽，發現其對細菌和真菌都具有較強的抗菌活性，沒有導致細胞膜破壞但可導致細菌細胞呼吸作用受到抑制。endprint

3.抑制細菌細胞壁的形成學說，研發發現從抗菌肽麻蠅素Ⅱ能阻礙細菌正常的細胞形態的生長，使細菌細胞壁的形成受到抑制，但對已形成細胞壁的細菌不具有殺菌作用，因此認為麻蠅素Ⅱ是通過抑制細胞壁的形成而起殺菌作用的。

4.其他細胞損傷假說，有研究發現抗菌肽也能損傷細胞的內部的結構和功能，如激活細胞內水解酶，干擾胞內核酸或蛋白質的穩定性、阻止DNA合成等來抑制或殺菌。

四、抗菌肽的應用

（一）抗菌肽在食品工業上的應用

昆蟲中抗菌肽具有種類多，來源廣，抗菌作用高，抗菌譜廣，無毒副作用等優點在食品中能抑制食品中微生物的生長，殺滅食物中的多種革蘭氏陰性細菌和革蘭氏陽性細菌等致病菌。傳統的食品添加劑和防腐劑主要以山梨酸、苯甲酸及其鹽類等化學合成劑為主，這類化合物長期食用能對人體造成危害。故抗菌肽可作為良好的食品防腐劑或者添加劑加以開發利用。

國內有研究發現天然蠶蛹抗菌肽防腐液處理后的鮮豬肉在室溫下能貯藏七天。天然蠶蛹抗菌肽防腐液對導致鮮豬肉腐敗的乳酸菌和微球菌幾乎全部抑制，并抑制葡萄球菌。還有研究發現枯草芽孢桿菌所產抗菌肽可用于防腐劑等，總體來說抗菌肽可用于防止食品發酵過程中的雜菌污染；可以用于罐裝食品的防腐劑，延長其質保期等。

（二）抗菌肽在農畜牧業上的應用

抗生素一直在農業特別是飼料行業大范圍大規模的應用，動物長期食用和積累下去，會產生毒害作用，導致產量減產和食品安全問題。抗菌肽成分為易消化吸收的氨基酸，可作為畜禽飼料添加劑取代或部分取代目前飼喂動物所用的抗生素，減少抗生素對動物體的危害，促進畜禽生長。有研究表明抗菌肽可促進動物生長，提高動物抗病能力，不容易產生耐藥性，抗菌肽能提高仔豬免疫能力，促進其健康生長。在水產動物養殖飼料添加抗菌肽，能夠增加魚類、蝦類等水產動物的抗疾病能力，顯著提高水產動物的成活率和生長率等。故抗菌肽是目前農畜牧業特別是飼料工業上的一個綠色環保高效的極具積極意義的研究熱點。

（三）抗菌肽在醫藥領域的應用

抗菌肽是最具有發展前景的現有抗生素替代品。抗菌肽由于抗菌機理獨特，能夠單獨使用發揮抗菌功效，也可以和抗生素一起使用發揮協同作用。抗菌肽能對某些腫瘤細胞有特異性的抑制作用，而對機體正常體細胞沒有負面影響。已有文獻報道，抗菌肽對肝癌細胞、膀胱癌細胞和宮頸癌細胞的具有一定的殺傷和抑制作用，國外公司已經開發出治療腦膜炎和痔瘡的抗菌肽藥物，并開展了通過對抗菌肽的氨基酸替換改造，提供了殺菌能力降低了毒性，獲得更好療效的生物醫藥[4]。總的來說抗菌肽在醫藥領域應用前景廣闊。

五、結語

昆蟲是世界上種類和數量最大的族群，從這個角度看，昆蟲必定天然存在著巨大的抗菌肽資源。昆蟲抗菌肽不僅具有高效殺菌能力、抗菌譜廣、無副作用、無耐藥性等特點，而且對病毒、原蟲及癌細胞也有殺傷作用。隨著越來越多的科學工作者投入對抗菌肽的研究，所以抗菌肽必將成為抗生素的優質替代品，并在食品，農業，醫藥領域發揮出越來越重要的作用造福人類。

參考文獻：

[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]王義鵬，賴仞.昆蟲抗菌肽結構、性質和基因調控[J].動物學研究，2010，31（1）：2734.

[3]侯國賓，孟慶雄，宋玉竹.抗菌肽臨床應用前景分析[J].生命科學，2012，24（4）：390-397.

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

作者簡介：

殷建新（1959.11-）男，漢族，四川自貢市人，大學本科，中級工程師，研究方向：白蟻的防治與利用。endprint