抗菌肽的研究进展

抗菌肽的研究进展摘要：抗菌肽是生物界中广泛存在的一类生物活性肽。

它具有抗细菌、真菌、病毒和原虫作用，甚至对癌细胞也具有杀伤作用。

本文就抗菌肽的来源、作用机理、研究进展做一简要的综述。

关键词：抗菌肽；活性肽；作用机理；研究进展The progress of Antimicrobial Peptides researchAbstract：Antibiotic peptides are a kind of bioactive peptides that exist in organism and biosphere widely. They possess the activities of anti-bacteria, anti-fungi,anti-virus and anti-plasmodium. This paper reviewed the source,mechanism and the progress of the antimicrobial peptides research.Key words：antimicrobial peptides;bioactive peptides;mechanism;research progress抗菌肽( antibacterial peptides) 又称抗微生物肽( antimicrobial peptides，AMPs) ，是生物体在抵抗病原微生物的防御反应过程中产生的一类具有抗微生物活性的小分子多肽。

抗菌肽是机体天然免疫系统的重要组成部分，一般由20 －60 个氨基酸组成，分子量在 1 －7 kD 左右，具有广谱的抗微生物活性，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、原生生物、某些病毒和肿瘤均表现出较强的抑制作用，其独特的抗菌机制可较好地解决病原微生物对抗生素不断增强的抗性问题[1]。

20 世纪80 年代，由瑞典科学家Boman 研究小组用蜡状芽孢杆菌( Bacillus cereus) 诱导惜古比天蚕( Hyalophora cecropia) 后产生了抗菌多肽类物质，随后发现了第一个抗菌肽——天蚕素( cecropins)[2]。

人们最初把这类具有抗菌活性的多肽称为“antibacterial peptides”，原意为“抗细菌肽”；后来发现其有抗真菌等微生物的作用，便改称为“antimicrobial peptides”，意为“抗微生物肽”[3]。

抗菌肽是由基因编码在核糖体内合成的多肽，不同种类的抗菌肽通常有共同的特点：短肽( 30 ～60 个氨基酸) ，强阳离子性( 等电点范围为8．9 ～10．7 ) ，热稳定性好( 100 ℃，15 min)，分子质量约为 4 ku，无药物屏蔽且不影响真核细胞。

当今，抗菌肽已经可以由原核生物到人类的大部分有机生物体中成功分离和分类[4-5]。

抗菌肽通常作用于细菌，在真核生物的天然免疫方面发挥着重要作用，被认为是古代进化中哺乳动物体内有效保留的免疫分子[6-7]。

由于全球抗生素药物的滥用，越来越多的细菌可能发展成为对传统抗生素耐药的菌株。

人们迫切地寻找能够代替传统抗生素的药物，使得抗菌肽受到广泛的重视。

目前，全球科研人员对抗菌肽的作用机制、药物疗效、安全性等进行深入研究，且提供了抗菌肽在线更新数据库( http: / /aps．unmc．edu / AP / main．Php[8]) 的服务。

本文对抗菌肽的作用机制、不同来源和应用前景等研究进行了综述。

1 抗菌肽的来源1.1 昆虫抗菌肽昆虫抗菌肽是首先从美洲天蚕的蛹中分离到分子质量4 ku的抗菌多肽，命名为天蚕素或杀菌肽。

此后人们相继从家蚕、柞蚕、果蝇、麻蝇中分离到了此类多肽抗生素。

杀菌肽类对革兰氏阳性菌和阴性菌都具有很强的杀伤力，而对真菌和真核细胞没有毒性[9-10]。

目前，杀菌肽类已被人工合成并已商品化。

1.2 哺乳动物抗菌肽1989年，Lee等首次从猪小肠中分离到哺乳动物抗菌肽Cecropin P1[11]。

目前，从猪中分离出至少18种，绵羊中至少30种，牛中至少30种抗菌肽。

人类机体中发现的防御素属于抗菌肽中的一个大家族，根据其氨基酸的空间结构和分泌部位的差别又分为三大类：人α-防御素(humand α-defensin)、人β-防御素(human β-defensin，HβD)、人θ-防御素(human θ-defensin)[12]，现已发现人防御素达35种以上，其中非常重要的防御素有10种。

1.3 两栖动物抗菌肽两栖类动物裸露的具多种功能，在皮肤的分泌物中存在的大量皮肤活性肽具有多样的生物学活性，其中大多数多肽类物质均具有一定的抗微生物活性，在进化上是一类非常古老而有效的天然防御物质，往往归为抗菌肽[13-14]。

在非洲爪蟾中就有十多种抗菌肽，不仅在皮肤颗粒腺表达，也有存在于胃粘膜和小肠道细胞[15]。

在非洲爪蟾皮肤中发现的小分子抗菌肽--爪蟾素(magainins)是较早发现的两栖动物抗菌肽，具有很高的抗菌活性，此后相继发现了多种蛙类抗菌肽。

据不完全统计，目前已经从无尾两栖动物8个属约40多种两栖类动物的皮肤中提取出了数百种抗菌肽，APD数据库中就收录了其中的548种。

大量研究发现蛙类抗菌肽具有协同效应，但不同的蛙类抗菌肽很少具有同源性。

1.4 鱼类抗菌肽鱼类抗菌肽是鱼体天然免疫的重要组成部分，是一类小分子蛋白质，其结构与组成复杂多样。

鱼类抗菌肽多以前肽原的形式合成，通过酶解切除信号肽和羧基端酸性片段后，形成有活性的成熟肽。

成熟肽具有很强的抑菌活性，其最小抑制浓度多在毫摩尔水平。

迄今，已有几十种鱼类抗菌肽被分离出来，并且多个抗菌肽基因已被克隆[16-17]。

1.5 植物抗菌肽植物中也存在一些结构上与昆虫、哺乳动物防御素结构相似的植物抗菌肽，称为植物防御素。

大多数植物抗菌肽对植物病原具有良好活性，部分植物抗菌肽对革兰氏阳性菌、阴性菌、真菌、酵母及哺乳动物细胞均有毒性。

Thionins是最早从植物中分离的抗菌肽，新近的研究表明小麦抗菌肽具有很好的杀利什曼原虫活性[18]。

1.6 细菌抗菌肽细菌抗菌肽又称细菌素(bacteriocin)，包括阳离子肽和中性肽，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均可分泌。

细菌中已发现的抗菌肽有杆菌肽(Bacitracin)、短杆菌肽S(Gramicidin S)、多粘菌素E(Polymyxin E)和乳链菌肽(Nisin)4种类型。

目前，APD数据库中就收录的细菌素有119种，其中乳酸链球菌肽nisin是由乳球菌产生的含3~4个氨基酸残基的短肽，它是一种耐酸性物质，即使在胃这样低pH环境中稳定性也很高，能抑制革兰氏阳性菌如梭状芽孢杆菌和李氏杆菌。

Bacillus spp.产生的杆菌肽mersacidin对“超级耐药菌”--耐甲氧西林葡萄球菌(MRSA)具有良好的抑制作用，通过腹腔给药可以清除MRSA感染小鼠血液、肺、肝、肾、脾等脏器中的细菌，并且对小鼠各器官没有造成明显的损害[19]。

2 抗菌肽的作用机制抗菌肽穿透细菌外膜后可以通过四种方式杀死细菌[20-21]。

抗菌肽的作用机制不仅仅是脂膜渗透性的崩溃，还有其他多种方式[22-25]研究发现，有些抗菌肽通过复杂的机制抑制靶细胞壁组分的合成，从而杀死靶细胞；有些抗菌肽可以通过抑制细胞呼吸，抑制细胞外膜蛋白的合成来杀死细菌。

同时还发现有些抗菌肽具有抑制引起机体损伤的酶的作用，从而在抗菌的同时避免病原菌引起的机体损伤。

2.1 抗菌肽对细菌的作用几乎所有抗菌肽都是阳离子型，大多具有两亲性α-螺旋和β-折叠结构。

抗菌肽功能与结构有着密切的关系，从目前的研究结果来看，一般认为抗菌肽杀菌机理主要是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。

其杀菌过程为：抗菌肽分子两亲性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相吸而靠近；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，这样就破坏了脂质双层原有的有序结构，由于α-螺旋的两亲性使抗菌肽分子通过膜内分子间的位移而相互聚集在一起，从而在膜上形成离子通道，细菌最终不能保持正常渗透压而致死。

2.2 抗菌肽对病毒的作用目前研究证明抗菌肽可以3种不同的机制起到抗病毒的作用[26]。

第1种是通过直接与病毒粒子相结合而起作用。

第1种是通过直接与病毒粒子相结合而起作用。

第2种是抑制病毒的繁殖，如蜂毒素和杀菌肽A对人免疫缺陷病毒的作用。

第3种是通过模仿病毒的侵染过程而起作用。

2.3 抗菌肽对肿瘤细胞的作用抗菌肽对正常哺乳动物细胞及昆虫细胞无不良影响，但对癌细胞株有明显杀伤作用。

抗菌肽对癌细胞的作用主要是使癌细胞膜上形成孔洞，内容物外泄，线粒体出现空泡化，嵴脱落，核膜界限模糊不清，有的核膜破损，核染色体DNA 断裂，并抑制染色体DNA的合成，细胞骨架也受到一定程度的损伤[27]。

抗菌肽还可以调节机体的免疫机能，增强机体的免疫力。

2.4 抗菌肽对原虫作用抗菌肽可以有效地杀灭寄生于人类和动物的寄生虫。

如杀菌肽的类似物Shiva-1可以杀死疟原虫；杀菌肽/蜂毒素的杂合肽可以杀伤莱什曼鞭毛虫。

起作用的是细胞质膜，其可以迅速降低H+/OH-的通透性，破坏膜电势，质膜形态也受到损坏。

2.5 抗菌肽对真菌的作用许多抗菌肽除了具有抗细菌的活性外，还有抗真菌的作用，如来源于哺乳动物的防御素对一些人类致病真菌具有杀伤作用，其中兔防御素NP-1对玉米的致病真菌也有作用。

Lee等用截取了天蚕素A和蜂毒素分子的片段，合成杂合肽分子CA-ME。

用其处理真菌孢子原生质体，发现不但真菌细胞壁无法恢复，而且细胞也被破坏，无法保持正常的细胞形态。

表明抗菌肽对细胞质膜起作用是由于膜形成孔洞而达到杀菌目的[28]。

3 抗菌肽的应用前景当今，不同来源的抗菌肽在我们的生活中显得越来越重要。

抗菌肽在医药、食品保存、食品添加剂等方面有很高的关注度，尤其是在抗肿瘤的研究上，得到全世界科研人员的普遍关注和青睐。

3.1抗菌肽的临床应用抗菌肽具有高效、广谱抗菌，潜在的抗肿瘤活性，以及能加速机体免疫和伤口愈合过程等功能，使其可能成为代替传统抗生素和抗肿瘤药物的一种新型药物。

抗菌肽的作用机制与传统抗生素不同，其代替传统抗生素成为趋势[29]。

3.2 抗菌肽在医药行业和基因工程上的应用医药行业是抗菌肽应用最为广泛和最有发展前景的行业，目前国内外科研人员在这一领域取得了丰硕的成果，如：美国马盖宁公司经过设计改造过的抗菌肽magainin 对病毒和肿瘤细胞均有较好的杀伤作用。

邓小娟从柞蚕中提取的抗菌肽对耐药性很强的金黄葡萄球菌有杀菌作用；张为民研究柞蚕抗菌肽对人结肠癌细胞LS-174T、人胃黏膜上皮细胞株GES-1 有杀伤作用，并发现该抗菌肽在体外对人结肠癌细胞具有选择性杀伤作用等。