《抗菌肽的研究进展.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《抗菌肽的研究进展.docx（11页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、抗菌肽的研究进展(内蒙古医学院基础学院，内蒙古呼和浩特010051)摘要：文章从抗菌肽的来源、分布、结构特征及作用机理等方面做了讨论，并阐述了其应用前景。关键词：抗菌肽；结构特征；作用机理；应用研究中图分类号：Q516文献标识码：A文章编号：10076921(XX)06034702抗菌肽是有机生物体用来抵制外来入侵病原体，具有抗菌作用的一类小分子蛋白质，是很多种生物先天性非特异性防御系统的重要组分。当机体受到损伤或病原微生物入侵时能迅速产生抗菌肽杀伤入侵者。抗菌肽合成的速度非常快，与以恒定速度合成的肽键相比，抗菌肽的产生比IgM快100多倍，因此称抗菌肽是机体理想的第一道防线1。1980年瑞典
2、科学家Boman等首先惜古比天蚕的滞育蛹中分离出的第一个昆虫抗菌肽Cecropin,之后人们陆续从动物、植物、细菌和真菌中分离出700多种抗菌肽2。抗菌肤是由细菌特定基因编码产生的，大多是由1345个氨基酸组成的一类小分子短肽。多数的抗菌肽显示对抗革兰阳性、抗革兰阴性菌及真菌有较广的抗菌活性，尤其对耐药菌株有明显的杀灭作用，且不破坏生物体细胞，无免疫原性3。1抗菌肽的来源及其分布从病毒、细菌、植物、昆虫、软体动物、甲壳动物、两栖动物、鱼类、鸟类、哺乳动物等生物体中均有发现。1.1哺乳动物抗菌肽哺乳动物抗菌肽主要存在于中性粒细胞及皮肤和黏膜的上皮细胞。哺乳动物抗菌肽主要分为两大类,即防御素(de
3、fensins)和cathelicidins。哺乳动物防御素又分为-defensins和-defensins两大类4。1.2昆虫抗菌肽现已发现170多种昆虫抗菌肽5。昆虫的免疫防御体系中,没有抗体、补体的参与,主要是由一系列抗菌肽发挥作用。昆虫抗菌肽大多带正电，从组成序列结构、来源及抗菌特性等可分为4类:天蚕素族(cecropins)、富含半胧氨酸的抗菌肽族(Cysteine-richpeptides)、富含脯氨酸的抗菌肽族(prolin-richpeptides)、富含甘氨酸的抗菌肽族(glycine-richpeptides)。1.2.1天蚕素类抗菌肽。天蚕素族抗菌肽是大约4KD的阳离子肽
4、，由3140个氨基酸残基组成，分子内很少有半胱氨酸残基，分子主要为螺旋构象。其N端区富含赖氨酸和精氨酸等阳离子型氨基酸，带高度正电荷，亲水。C端区则富含丙氨酸和甘氨酸等非极性氨基酸，C端往往酞胺化，不带电或带少量负电荷，疏水。天蚕素类的抗菌谱包括抗革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，其中对革兰氏阴性菌抗菌活性较强6。1.2.2富含半胱氨酸的抗菌肤族。富含半胱氨酸的抗菌肽族是昆虫抗菌肤中分布最广泛的一族，分子量在26KD。由3843个氨基酸残基组成，称为昆虫防御素。可形成两亲性a-螺旋结构。目前发现的昆虫防御素大部分的抗菌谱较窄，只对藤黄微球菌、金黄色葡萄球以及枯草杆菌等革兰氏阳性菌有较强的抗菌活性7。
5、1.2.3富含脯氨酸的抗菌肽。这类抗菌肤都由1534个氨基酸残基组成，与某些哺乳动物的抗菌多肤(R39,Bac5,Bac7)相似，是24KD富含p。或Arg的多肤，其中脯氨酸含量在25%以上。肤链中脯氨酸往往以并联或三联形式与碱性残基排列在一起7。1.2.4富含甘氨酸的抗菌肤族(glycinrichpeptides)。其共同特点是一级结构中富含甘氨酸，分子量为830KD，该类抗菌肤主要对革兰氏阴性菌有抗菌活性，对革兰氏阳性菌则无作用8。1.3两栖动物抗菌肽自1962年Kiss和Michal在铃蟾皮肤分离出由22个氨基酸组成的铃蟾抗菌肽(bombinin)至今,人们已从600多种两栖动物皮肤分离
6、出100多种抗菌肽。两栖动物抗菌肽主要存在于皮肤的粒腺、胃黏膜和小肠细胞,它们的氨基酸序列几乎无同源性,分为双亲性-螺旋结构和环状结构两种。不同种类的蛙可以产生多种抗菌肽，它们无序列相似性10。1.4水产动物抗菌肽水产动物抗菌肤是一类结构复杂多样的小分子多肤，其同源性较低，但具有一些共同的结构特点，如含有较多的疏水氨基酸，而使分子折叠成a螺旋结构;含有较多的半肤氨酸使分子内形成二硫桥结构11。2抗菌肽的结构特征内源性抗菌肽由30多个氨基酸残基组成，不同来源的多肽的氨基酸序列具有较强的保守性，且具有以下共同特点：N端由碱性氨基酸组成；C端均酞胺化；绝大多数肽在第2位均为Trp，它对杀菌活性至关重
7、要;分子量在4kD左右3。3抗菌肽的作用机理目前关于抗菌肽作用机理，不同的学者提出了不同的看法:抗菌肽的抗菌作用是通过与细胞膜作用，引起膜蛋白凝聚失活，形成离子通道，引起膜的通透性改变最后导致死亡。抗菌肽通过与细胞膜上存在的特异性受体及其他的因子协同作用而导致细菌死亡。抗菌肽扮演离子泵的角色，它使细胞内K+快速析出，ATP含量迅速下降继而导致细胞死亡。孔道的形成、开启和关闭都依赖于膜电势，只有当膜电势高于110nm时，孔道才能形成或处于开启状态，这种孔道又称电势依赖性孔道，通过电镜直接观察到抗菌肽对作用的细胞造成孔道，为电势依赖性孔道的形成提供了直接的证据3。3.1抗菌肽的抗菌机理严格地说，抗
8、菌肽是怎样作用于细菌的还并不清楚。其中被认为最有可能是：抗菌肽的两亲性结构能选择性的破坏细胞膜，发挥离子泵的作用，形成电势依赖性通道12。抗菌肽在结构上大多具有两亲性螺旋，或者有两亲性片层结构，或二者兼而有之。抗菌肽分子就是通过螺旋上的正电荷与细菌细胞质膜磷脂分子上的负电荷之间的静电吸引而结合在质膜上，然后抗菌肽分子的疏水端借助水分子中连接结构的柔性，随继插入质膜中，使抗菌肽也插入到质膜中。这样就打乱了质膜上蛋白质和脂质原有的排列秩序，最终通过膜内分子间的相互移位，使抗菌肽分子相互聚集在一起，形成离子性通道，导致细菌失去了膜势，不能保持正常的渗透压而死亡。因此细胞的潜在势能和静电相互作用在抗菌
9、肽插入细胞膜的机制中起到重要的作用。有的抗菌肽不是通过改变细胞膜的通透性而是通过阻止外膜蛋白质的合成来杀菌的。如麻蝇素是通过抑制细菌细胞壁的形成，使细菌不能维持正常的形态，生长受阻。另一种机制则是抗菌肽的细胞溶解酶作用。这主要是通过激活细胞壁内级联自融分子的形式来起到抗菌作用的13。但是抗菌肽不作用于高等动物细胞，高等动物的细胞骨架完整，修复快，故不造成最终的损伤。另一原因是高等动物细胞的阴离子脂质是沿着细胞膜的内层，靠近细胞质的一端，固然不与抗菌肽结合14。3.2抗菌肽的抗寄生虫作用机理抗菌肽可以有效地杀灭产生人类及动物寄生虫病的寄生虫，如疟疾、Chagas氏病、莱什曼病等。目前发现的一种合
10、成的天蚕素蜂毒素杂合体对莱什曼原鞭毛虫有损伤作用，起作用的靶目标是细胞质膜，它可以快速降低细胞膜的通透性、破坏膜电势，质膜形态也受到损坏15。3.3抗菌肽对肿瘤细胞的作用机理抗菌肽对正常捕乳动物细胞无不良反应，但对癌细胞株有明显的杀伤作用。这种选择机理可能与细胞骨架有关。张双全等进行了家蚕抗菌肽CM4抗K562癌细胞的体外实验研究，结果表明，家蚕抗菌肽CM4对K562有很强的杀伤作用。微量纯化的抗菌肽CM4能使K562癌细胞高度肿胀，膜与胞质分离，细胞器和膜结构排列紊乱，细胞表面的微绒毛消失，出现不规则孔洞，细胞骨架严重破坏，膜局部结构破裂、缺损、胞浆内溶物大量外泄，最终细胞解体崩解成碎片。C
11、M4还可作用于人的宫颈癌细胞、癌细胞U937、HeLa细胞使癌细胞膜破裂、内溶物外泻，最终是细胞死亡。4抗菌肽的应用与展望抗菌肽与传统抗生素有很大的不同，产生的机制不同，传统抗生素主要是细菌的发酵产物，由酶促反应合成；抗菌肽是由宿主基因编码在核糖体上合成的产物。杀菌机制不同，传统抗生素大多数是通过抑制细菌的细胞壁或DNA的合成而发挥作用；抗菌肽主要通过与带负电荷的微生物细胞膜直接作用，改变其通透性，造成膜的物理性损伤而导致细胞死亡。作用方式不同，传统抗生素作用涉及细菌细胞膜上或胞内特定的受体结合且受体的类型有限，细菌容易通过变异性而产生耐药性；抗菌肽的作用不涉及特定的受体，完全是离子的物理作用
12、，所以不产生耐药性15。抗生素的发现与应用挽救了不计其数的生命，同时也带来了巨大的社会效益和经济效益。但近年来，抗药菌群迅猛发展，使某些感染性疾病成为临床治疗的难题。抗菌肽自发现和研究至今，已被认为是现有抗生素的最佳替代品，其研究及应用已成为生物制药领域中的研究热点。国外一些科研机构、生物科技公司联合大的制药厂，在动物或人体上对不同的抗菌肽进行了前临床研究和临床应用评价。利用不同种类的抗菌肽治疗肺炎、败血症休克和口腔黏膜炎症等疾病模型均取得了显著成效。在人用抗菌肽产品开发方面，多数制药公司致力于开发局部应用的产品，这主要是因为，局部治疗的相对安全性和考虑到系统给药的长期毒理学的不确定性。例如，
13、Nisin在治疗幽门螺旋杆菌引起的胃溃疡时效果显著。IB-367治疗口腔溃疡取得了很好的效果。抗生素作为抗菌促生长添加剂使用已有很长的历史，抗生素添加剂的大量使用不仅造成了畜禽肠道微生物菌群平衡失调，并且容易导致抗生素残留，降低畜产品的品质，严重影响了畜产品的出口及人类的身体健康。实验证明，昆虫抗菌肽热稳定性强，能耐受饲料生产时的高温，沸水中煮30min仍可保持活性，为昆虫抗菌肽在饲料中的应用提供了前提。参考文献1强承魁,杨兆芬,赵万勇.昆虫抗菌肽的分子结构、作用机理及其在抗肿瘤细胞方面的应用J.动物保健,XX,(1):3335.2王金涛,李金龙,程广东等.抗菌肽的作用机理及基因工程研究进展J
14、.畜牧与兽医，XX,37(11):5355.3屈军梅,陈平洁,屈孝初等.抗菌肤的研究进展J.中国畜牧兽医,XX,35(6):57.4SugiartoH,YuPL.Avianantimicrobialpeptides:thedefenseroleof-defensinsJ.BiochemicalandBiophysicalResearchCommunications,XX,323:721727.5申吉泓.抗菌肽及其临床应用现状J.昆明医学院学报,2003,(4):2628.6肖业臣,温硕洋,黄亚东，等.昆虫抗菌肤和抗真菌肤结构与功能的关系及分子设计J.昆虫学报,XX,47(5):659669.7
15、刘建涛,苏志坚,王方海，等.昆虫抗菌肤的研究进展J.昆虫天敌,XX,28(1):3643.8BuletP,HegyG,LambertJ,et.Insectimmunity.Theinducibleantibacterialpeptidediptericincarriestwo0-glycansnecessaryforbiologicalactivityJ.Biochem,1995,347：39474.9吴金梅,陈丽颖,王艳玲.抗菌肽的研究进展及应用前景J.动物医学进展,XX,26(9):2730.10杨绒,陈松林.水产动物抗菌肤的研究进展J.生物技术通报,XX,(2):16.11CudicM,
16、OtvosJrL.IntracellulartargetsofantibacterialpeptidesJ.CurrDrugTargets,2002,3(2):101106.12ShaiY.Mechanismofthebindinginsertionaldestabilizationofphospholipidsbilayermembranesbyhelicalantimicrobialandcellnon-selectivemembranelyticpeptidesJ.BBA,1999,1462(12):5570.13LudtkeSJ,HellerWT,HarrounTA.MembraneporesinducedbymagaininsJ.Biochemistry,1996,35(43):1372313727.14王秀清.六种天蚕素类基因工程抗菌肽的研制及应用D.南京:南京农业大学,XX.