生物抗菌肽研究进展及应用前景
生物抗菌肽的作用机制与研究进展
２ 作 用 机 制
已知抗 菌 肽 对许 多
养殖技术顾 问 ２ １． １ ０ １１
性
可渗透到外部 ， 细胞膜崩解而导致细胞死亡。②地毯 模型。与前种机制相 比，抗菌肽并不插人细胞膜 内
研 究 与 综 述
部， 同样 在 电荷 作 用 下 ， 菌 肽 在 膜 的表 面 展 开 ， 抗 平 行 排列 在 细 胞 膜表 面 ；在 疏水 作 用 和分 子 张 力 作用 下 改变 细胞 膜 的表 面 张 力 ，从 而 在 细胞 膜 上 出 现暂 存 在很 大 差异 。革 兰 氏阴性 菌 的细 胞 膜外 侧 面 含有
抗菌肽是在诱导 的条件下 ，动物免疫防御 系统 产生的对抗外源性病原体致病作用的防御性肽类活 性物质 ， 是动物免疫防御系统的重要组成部分。抗菌 肽具有抗 细菌 、 真菌 强、 抗菌 谱广 、 种类多 、 可供选 择范围广 、 靶菌株不易产生抗
２４ 作 用模 型 ．
最 新 的研 究表 明 ， 作用 机 理 主 要 有 ４种 模 型 ： 其
①桶板模型。首先 ， 由于抗菌肽带正电荷 ， 与细胞膜
负电荷相互吸引而结合在细胞膜表面 ； 然后 ， 单体 的 抗菌肽分子形成多聚体 ，其疏水基 团插到磷脂双分 子层 ， 以与膜表面垂直的方式排列 ， 形成横跨细胞膜 的离 子通 道 ， 已经 证 明 ， ｗｉｉｉ一１中 １～ ３号氨 基 ｆ ｌ ｄｎ ｏ ｃ ６２ 酸残基和其与脂多糖 的结合有重要关 系。离子通道
泛使用所导致的细菌抗药性 和药物残 留问题 ，已经
日益 严 重地 威 胁 着人 们 的健 康 ，寻找 新 型 的抗 生 素 是 解 决 该 问题 的 有效 途 径 。抗 菌肽 具 有 广 泛 的抗 病 原 微 生 物作 用 ， 且具有 不 易 产 生耐 药性 的特点 ， 非 是
抗菌肽的临床应用及应用前景
抗菌肽的临床应用及应用前景4.1 抗菌肽的作用范围抗菌肽多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌等特点。
某些抗菌肽对部分真菌、原虫、病毒及癌细胞等均具有强有力的杀伤作用。
4.1.1 抗菌肽对细菌的杀伤作用抗菌肽对革兰氏阴性及阳性细菌均有高效广谱的杀伤作用。
国内外已报道至少有113种以上的不同细菌均能被抗菌肽所杀灭。
4.1.2 抗菌肽对真菌的杀伤作用最先发现具有抗真菌作用的抗菌肽是从两栖动物蛙的皮肤中分离到的蛙皮素（Magainins），它不仅作用于C+、C-，对真菌及原虫亦有杀伤作用。
Defensins 是一种动物细胞内源性杀菌多肽，是从吞噬细胞中分离出来的，具有很宽的抗菌谱，对G+的杀伤作用大于对G-的杀伤作用，它也作用于真菌和部分真核细胞。
Cecropin A及其类似物如天蚕素——蜂毒素杂合肽对感染昆虫的真菌具有一定的杀伤作用。
4.1.3 抗菌肽对原虫的杀伤作用抗菌肽Magainins对原虫有杀伤作用。
实验证明抗菌肽可以杀死草履虫、变形虫和四膜虫。
柞蚕抗菌肽D对阴道毛滴虫亦有杀伤作用。
4.1.4 抗菌肽对病毒的杀伤作用Melitiin和Cecropins在亚毒性浓度下通过阻遏基因表达来抑制HIV-1病毒的增殖。
Magainin-2及合成肽Modelin1 和Moderln－5对疱疹病毒HSV－1和HSV－2有一定的抑制效果。
这些肽对病毒被膜直接起作用，而不是抑制病毒DNA的复制或基因表达。
4.1.5 抗菌肽对癌细胞的杀伤作用抗菌肽对正常哺乳动物细胞及昆虫细胞无不良影响，但对癌细胞株则有明显杀伤作用。
这种选择性机理可能与细胞骨架有关。
已有有关抗菌肽对宫颈癌细胞、直肠癌细胞及肝癌细胞的杀伤作用与剂量相关的效应的报道。
4.2 抗菌肽的临床应用4.2.1 在医药领域…此处省略,详情请见六鉴网()《抗菌肽市场调研报告》4.2.2 在转基因领域天然抗菌肽由于分子量小，直接从动植物组织中提取时，分离提纯存在一定的困难，合成肽价格昂贵。
抗菌肽的临床应用及应用前景
抗菌肽的临床应用及应用前景抗菌肽是一类生物活性肽，具有抗菌、抗病毒、抗真菌和抗肿瘤等多种生物学活性。
由于其广谱抗菌作用、对耐药菌的致死作用、低毒性以及能够克服多药耐药等优点，抗菌肽在临床应用上具有很大的潜力。
本文将重点探讨抗菌肽的临床应用及其应用前景。
一、抗菌肽的临床应用1.抗菌肽在感染病治疗中的应用抗菌肽可以作为治疗细菌感染的新型抗生素。
由于抗菌肽对细菌的作用机制不同于传统抗生素，抗菌肽不容易产生耐药性，且对多种耐药细菌具有杀菌效果。
早期的临床试验显示，抗菌肽对于肺炎、泌尿道感染、皮肤感染等细菌感染的治疗具有良好的疗效。
2.抗菌肽在病毒感染病治疗中的应用除了对细菌感染具有抗菌作用外，抗菌肽还可以抑制病毒的复制和扩散。
目前已有研究表明，抗菌肽可以有效抑制HIV、乙肝病毒等病毒感染，并可以发挥免疫调节作用，提高机体的抗病毒能力。
3.抗菌肽在真菌感染病治疗中的应用真菌感染病是很多免疫功能缺陷患者的主要威胁。
抗菌肽不仅具有对细菌和病毒的抗菌作用，还可以有效抑制真菌的生长和扩散。
由于真菌对抗菌肽的抵抗能力相对较差，因此抗菌肽可以作为治疗真菌感染的一种新型药物。
4.抗菌肽在肿瘤治疗中的应用近年来的研究显示，一些抗菌肽具有抗肿瘤活性。
抗菌肽可以通过直接抑制肿瘤细胞的增殖和诱导肿瘤细胞凋亡的方式，发挥抗肿瘤作用。
此外，抗菌肽还能够增强免疫反应，提高机体对肿瘤的抵抗能力。
二、抗菌肽的应用前景1.抗菌肽的开发和设计目前已经发现的抗菌肽种类有限，且大多数抗菌肽在体内易被降解。
因此，有必要通过开发和设计新型的抗菌肽来克服这些限制。
利用基因工程和化学合成等方法，可以改变抗菌肽的结构和性质，提高其稳定性和生物活性，增强抗菌肽在临床应用中的效果。
2.抗菌肽与传统抗生素的联合应用由于抗菌肽具有广谱抗菌作用和低毒性，可以考虑与传统抗生素联合应用，提高其杀菌效果，并减少患者使用传统抗生素引起的副作用。
此外，抗菌肽还可以通过与传统抗生素的联合应用来延缓细菌对抗菌肽的耐药性产生。
抗菌肽的研究进展及应用前景
作 用方 式 ：抗 生 素作 用 的靶位 为 酶或 核 酸等 大
分 子 ，干扰 细菌 的生 理功 能 而达 到杀 菌 的 目的 。抗
而 形成 离子 孑道 ，造 成细 菌细 胞膜 结构 破坏 ，引起 Ｌ
胞 内水 溶性 物 质大量 渗 出 ，最 终 导致 细菌死 亡 。这 其 中 ＡＢ Ｐ分 子 的结 构 特 征 是 保 证 其 按 着上 述 机 制 发 挥 作 用 的重 要 基础 。 １９ ９ ６年 Ｌ ｃｅ ｏ ｋｙ在 研究 中利
直 径 的病灶 ，形 成孑 洞 直径 ４２ｎ Ｌ ． ｍ，孔 洞 导致 细胞
收稿 １期 ：２ ０ — ０ ０ ３ ０ ６ １— ８
抗菌 范 围 ：抗 生素 的抗 菌谱 较 窄 ，只作 用 于一
种或 两种 的微 生物 ，抗 菌肽 的抗 菌谱 较广 。
抗 性 ：由 于抗 生 素 的活 性 是作 用 于 生 理 功 能 上 ，细 菌容 易通过 变异 对抗 生 素产 生抗 性 。 到 目前 为止 ，仍 未有 关 于抗菌 肽诱 导 的抗性 菌 株 的报道 。
４４ —４ ． ４ ５１
［０ ＪｎｓｎＬ ｇ． ｌｎｃ￣ｎｒｃｐｏ ｇｎｓ ｔ ｎｉｎｌ ｉｃｅｓｓ １］ ｏｓｏ ｏ ｉＭｅａｏ ｏ ｉ ｅｅｔｒａｏ ｉ ｒ ｓ ｔ ｎ ｒａｅ ｔ ａ ｅ ｙ ｏｙｅ ｏ ｓｍｐｉｎｉ ａ ［． ｅ ｒｒｐｒ． ０ １ ２ １ ）３ ０ － ｘｇｎｃｎｕ ｔ ｒｔ ３ Ｎ ｕｏｅｏｔ２ ０ ，１（ ７ ： ７ ３ ｏ ｎ ｓ
内容 物外泄 和 细菌死 亡 。研究 发 现 ，抗 菌 肽 只对 原 核生 物细胞 有抗 菌作 用 ，对 真核 生物 细胞 却没 有 作
用 。原 因在于原核 生物 与真核生 物细胞 膜结构 不 同 ，
利用微生物制药生产活性肽的研究进展
利用微生物制药生产活性肽的研究进展活性肽是一类具有生物活性的短链肽，广泛应用于医药领域。
利用微生物制药生产活性肽成为研究的热点，其具有高效、低成本和可持续发展等优势。
本文将介绍利用微生物制药生产活性肽的研究进展，并探讨其在医药领域的应用前景。
一、微生物发酵生产活性肽的基本原理微生物发酵是一种利用微生物代谢特性来合成特定产物的生物技术。
在活性肽的制备中，通常选择具有高代谢活性和高产率的微生物作为生产菌株。
发酵过程中，通过调控培养基成分、酶活性和反应条件等因素，实现活性肽的高效合成。
此外，基因工程技术也被引入，通过改造微生物的基因组来提高活性肽的产量和纯度。
二、微生物发酵制备活性肽的方法1. 天然菌株的利用天然菌株是指在自然环境中分离培养的微生物菌株。
通过优化培养条件，如控制温度、pH值和培养基成分等因素，可以提高活性肽的产量和质量。
2. 遗传工程菌株的构建遗传工程菌株是通过改造微生物的遗传物质来增强其合成活性肽的能力。
常用的方法包括插入外源基因、删减负调控因子和跨菌属融合等。
这些改造可以提高微生物对原料的利用效率，增加产物的产量和纯度。
三、微生物制药生产活性肽的优势1. 高效性微生物发酵具有高产量、高选择性和高纯度等优势，可以满足大规模生产活性肽的需求。
2. 低成本相比于传统的化学合成方法，微生物制药生产活性肽的成本更低。
微生物菌株可以在大规模发酵中快速繁殖，并利用廉价的基质进行生长，从而降低了生产成本。
3. 可持续发展微生物制药具有可持续性的特点，通过合理利用废弃物和环境资源，可以实现废物的转化和资源的循环利用。
四、微生物制药生产活性肽的应用前景1. 药物开发活性肽因其对特定受体或分子的亲和力而成为药物研发的重要领域。
通过微生物制药生产活性肽，可以提供更多具有特定生物活性的化合物用于药物开发。
2. 抗菌肽的应用抗菌肽是一类具有抗微生物活性的活性肽。
通过微生物制药生产抗菌肽，可以用于制备抗菌药物、医疗器械涂层和食品保鲜剂等。
草本植物抗菌肽开发及应用研究新进展
草本植物抗菌肽开发及应用研究新进展草本植物拥有众多的药用植物资源，其中一部分植物含有具有抗菌活性的肽分子。
这些肽分子被称为草本植物抗菌肽，具有广谱的抗菌活性，对抗细菌、真菌和病毒等病原体十分有效，且不易引发抗药性。
因此，草本植物抗菌肽在医药和养殖领域具有巨大的潜力。
近年来，科学家们对草本植物抗菌肽的开发与应用进行了一系列的研究，取得了一些新的进展。
首先，对草本植物抗菌肽的发现与开发取得了重要的突破。
传统的草本植物抗菌肽的发现通常是通过草本植物的提取物进行筛选，然而，由于植物中抗菌肽的含量较低，使得其检测和鉴定变得困难。
幸运的是，近年来，先进的分离和鉴定技术的出现使得草本植物抗菌肽的发现与开发变得更加容易。
研究人员运用蛋白质组学和基因工程等技术手段，成功地鉴定和合成了许多具有较强抗菌活性的草本植物抗菌肽，如科学家们从天然植物草木皮中分离并鉴定出一种新型具有广谱抗菌活性的抗菌肽，命名为树皮抗菌肽(SAP)。
这些新发现的草本植物抗菌肽为抗菌药物的研发提供了新的思路和材料基础。
其次，草本植物抗菌肽在医药和养殖领域的应用呈现出广阔的前景。
草本植物抗菌肽不仅在医学领域有广泛的应用，如治疗细菌感染、抗癌和免疫调节等，还在畜牧养殖领域具有重要的作用，可用于预防和治疗畜禽的常见疾病。
草本植物抗菌肽以其广谱抗菌活性、低毒性和不易产生抗药性等特点，成为替代抗生素的潜在候选药物。
此外，许多研究表明，草本植物抗菌肽具有促进创伤愈合和抑制肿瘤生长等重要生理功能。
因此，草本植物抗菌肽在医药和养殖领域的应用前景非常广泛。
此外，草本植物抗菌肽的作用机制也得到了进一步的阐明。
草本植物抗菌肽通过多种方式发挥其抗菌活性。
例如，它们可以破坏细菌细胞膜使其释放细胞内容物，从而导致细菌死亡。
此外，草本植物抗菌肽还能通过抑制细菌的DNA、RNA和蛋白质合成等方式来杀死细菌。
重要的是，草本植物抗菌肽还具有一定的免疫调节作用，可以促进机体的免疫应答，强化身体对病原体的抵抗力。
抗菌肽的应用现状
2013年第07期抗菌肽（antibacterial peptide ）又称为抗微生物肽或肽抗生素，是生物机体在抵御病原微生物时产生的一类防御性小肽，是生物免疫防御系统的重要组成部分。
抗菌肽因其独特的功能、抗菌机制，在工业、农业、畜牧业、医药业等方面均具有广阔的应用前景。
而抗菌肽在医药方面的应用尤其引人注意。
1抗菌肽在天然免疫中的作用抗菌肽在天然免疫中的作用并不仅局限于杀灭侵入人体的病原微生物，而且在宿主天然免疫反应的不同阶段表现出多种作用。
兔小囊肽对法氏囊指数有显著影响，可以提高肠绒毛长度，提高灭活疫苗和活疫苗的抗体水平，使肠黏膜上皮内淋巴细胞数量明显增加，使肠道及法氏囊组织IgA 阳性物面积系数增加。
烧伤感染的病原菌主要有绿假单胞菌、不动杆菌、金黄色葡萄球菌及部分肠菌等，其中铜绿假单胞菌表现出对多种抗生素的抗药性。
抗菌肽不但对铜绿假单胞菌具有很强的杀灭作用，而且与其他抗生素及溶菌酶具有协同作用，在治疗烧伤感染上有重要意义。
研究表明，多种抗菌肽在适宜的生理浓度、盐、血清的条件下，具有广泛的生物学活性，包括在先天性免疫细胞中与炎症反应、先天性免疫和适应性免疫相关的活性，在单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞中作为先天性免疫和适应性免疫的沟通桥梁。
抗菌肽参与急性炎症有关的宿主天然防御的各个方面，如溶解入侵的细菌，使其释放炎症介质；促进巨噬细胞非调理素吞噬功能，清除细菌；抑制组织纤维蛋白溶解，防止感染扩散，刺激成纤维细胞和上皮细胞的有丝分裂，促进成纤维细胞的生长，促进创伤愈合，在体外可以激活人的淋巴细胞，可清除感染病毒和细菌的细胞以及癌细胞。
2抗菌肽在畜牧业中的应用有报道，柞蚕抗菌肽用于预防及治疗鸡的白痢效果明显。
应用含抗菌肽的柞蚕免疫血淋巴粉添加于断奶仔猪饲料中，饲喂试验结果表明，柞蚕抗菌肽可减轻断奶仔猪的腹泻。
根据马卫明等（2005）的报道，猪小肠抗菌肽对鸡大肠杆菌、鸡白痢沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌、猪致病性沙门氏菌、绿脓杆菌、鱼致病性嗜水气单胞菌等细菌均有不同程度的抑制作用。
中国抗菌肽行业研究报告
中国抗菌肽行业研究报告一、研究背景抗菌肽是一类具有广谱抗菌活性的短肽分子，可以通过直接破坏细菌细胞膜、干扰细菌细胞代谢过程等方式来抑制细菌的生长。
由于其高效、低毒性等特点，抗菌肽在医药、农业、食品等领域具有广阔的应用前景。
二、行业规模根据市场研究数据，中国抗菌肽行业市场规模从2024年的10亿元增长至2024年的30亿元，年复合增长率达到20%以上。
随着人们对健康食品和环境友好型农药的需求增加，抗菌肽行业有望继续保持高速增长。
三、市场需求1.医药领域：随着抗生素耐药性的加剧，抗菌肽成为研究的热点。
目前，抗菌肽已经应用于慢性伤口治疗、抗菌药物辅助治疗等领域。
2.农业领域：传统农药对环境和人体健康造成一定压力，抗菌肽作为一种环境友好型农药备受青睐。
抗菌肽可以用于农作物保护和动物饲料添加剂等方面。
3.食品领域：食品中存在着各种致病菌，抗菌肽可以增加食品的安全性。
目前，抗菌肽已应用于奶制品、肉制品等食品中，对于食品保鲜和品质保证起着重要作用。
四、技术发展1.人工合成技术：通过生物技术手段，可以人工合成抗菌肽，提高产量和抗菌活性。
2.融合蛋白技术：利用一些载体蛋白将抗菌肽与其他功能蛋白进行融合，提高稳定性和抗菌效果。
五、发展障碍1.生产成本高：抗菌肽的生产成本较高，限制了产业的发展。
需要通过技术创新和规模效应来降低生产成本。
2.安全性评估不完善：抗菌肽在医药、农业、食品等领域的应用安全性评估工作仍不完善，亟待加强研究和监管。
六、发展机遇1.政策支持：随着人们对健康和环境保护需求的增加，政府对抗菌肽行业的支持力度将增加。
3.市场需求增加：抗菌肽作为一种环境友好型农药和食品添加剂，其市场需求将随着消费升级和生活质量要求的提高而增加。
七、发展建议1.加大科研力度：加强对抗菌肽的研究，提高抗菌肽的生产效率和抗菌活性。
2.完善安全性评估：加强安全性评估研究，建立科学、完善的监管机制，确保抗菌肽的安全应用。
3.加强行业协作：政府、科研机构和企业间要加强协作，共同推动抗菌肽行业的发展。
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・综述・生物抗菌肽研究进展及应用前景周义文综述 尹一兵 涂植光审校 【摘要】 生物抗菌肽(antibacterial peptides)广泛存在于昆虫、植物、动物及人体内,有非特异性抗细菌、真菌、病毒和肿瘤细胞的作用,又称为肽抗生素(peptide antibiotics)。
抗菌肽是通过其两亲性正电荷与细菌细胞膜磷脂分子负电荷的静电吸引而结合在细菌膜上,疏水端插入细胞膜中,最终通过膜内分子间的位移而聚集在一起形成离子通道,使细菌失去膜电势,不能维持正常渗透压而死亡。
抗菌肽杀菌力强,抗菌谱广,不良反应少,将会给临床医学、临床药学、食品防腐、动植物转基因等领域带来广阔的开发应用前景。
【关键词】 生物抗菌,肽; 抗菌机制; 分子结构 自从青霉素被发现以来,人们对病原菌引起的感染性疾病不再束手无策,特别是β2内酰胺类抗生素的发现,对病原菌感染性疾病的治疗产生了革命性飞跃,抗生素已成为临床治疗病原菌感染的强有力武器。
但是,随着抗菌药物的广泛应用和滥用,耐药菌株不断增加,使抗感染治疗陷入耐药菌危机之中。
为了应对耐药菌感染,人们一方面对传统抗生素进行结构改造降低细菌的耐药性,另一方面正在不断研究和开发新型抗菌药物。
近年来出现的抗菌肽(antibacte2 rial peptides)就是一类具有巨大发展潜力的新型抗菌药物,它是宿主产生的一类抵抗外界病原体感染的小分子阳离子肽[1,2],广泛存在于昆虫、植物、动物及人体内,除有非特异性抗细菌、真菌、病毒等病原体作用外[3,4],还有抗肿瘤细胞作用,因此又称为肽抗生素(peptide antibiotics)。
抗菌肽抗菌谱广,对多重耐药菌、肿瘤细胞、艾滋病毒有杀伤作用,甚至还可能有抗重症急性呼吸综合征(severe acute kespiratory syn2 drome,SARS)病毒的作用。
因此有着广阔的开发应用前景,是目前国际学术研究的活跃领域之一。
抗菌肽的分类及功能特征抗菌肽最早由瑞典科学家Boman等从惜古比天蚕(hyatophora cecropia)蛹中诱导分离出来,被称为天蚕素(cecropin)。
随着人们研究的深入,又陆续发现cecropin A、B、C、D等亚型,并相继在其他昆虫、哺乳动物、两栖动物以及植物中分离到了cecropin类似物。
抗菌肽的结构与功能密切相关,来自不同物种的抗菌肽分子结构有一定的差别,因此生物学功能及活性也有一定的差异。
其分子构型不论是α2螺旋或是β2折叠,都有一个共同的特性就是都具有两亲性。
按分子结构及功能特征可将其分为4类。
11α2螺旋结构类:此类抗菌肽分子量约4kD,不含半胱氨酸,不形成分子内二硫键,N2末端区域富含亲水性碱性氨基酸残基,如赖氨酸和精氨酸,所带正电荷有利于与细菌膜上的酸性磷脂头负电荷作用而吸附到细菌膜上;C末端含较多的疏水性氨基酸残基,疏水性的尾部有利于抗菌肽插入细菌膜的双层脂质膜中。
分子的两端各形成一个两亲性α2螺旋,两个α2螺旋之间有甘氨酸和脯氨酸形成的铰链区,这种α螺旋是破坏、裂解细菌的主要结构,当抗菌肽结合到细菌细胞膜上时,α螺旋相互聚集使细胞膜形成孔洞,细胞质外溢而致细菌死亡。
若减少抗菌肽的α螺旋,其破坏细胞膜的能力降低,用圆二色谱法研究抗菌肽的高级结构发现,cecropin A的第1～11位氨基酸残基有很强的形成α螺旋倾向。
抗菌肽在磷酸盐缓冲液中呈自由卷曲的构象,加入六氟丙醇降低溶液的极性以模拟细胞膜的疏水环境时,抗菌肽的α螺旋数量明显增多,这说明抗菌肽只是在结合或接近细胞膜时才形成发挥功能的高级结构。
天蚕素是α2螺旋结构,广泛存在于昆虫体内,如家蚕、柞蚕、果蝇、麻蝇、伊蚊等,目前已从昆虫体内发现20多种cecropin类似物,如从果蝇分离出的an2 dropin,从麻蝇分离出的sarcotoxinⅠ和Ⅱ等,还有从猪小肠、双卷螺等分离出的cecropin的报道。
cecropin 对革兰阴性菌、革兰阳性菌、真菌均具有杀伤力[5]。
爪蟾抗菌肽(magainins)也是一类具有两亲性α2螺旋的抗菌肽,存在于蛙的皮肤和胃中。
21伸展性螺旋结构类:该类抗菌肽不含半胱氨酸,但富含脯氨酸和/或精氨酸或色氨酸等,由15～34个氨基酸残基组成,在两性分子内部形成分子内的α螺旋。
如从蜜蜂体内分离到的apidaecins中脯氨酸和精氨酸的含量分别高达33%和17%。
从果蝇分离到的dorsocin在分子结构上与apidaecins具有一定的相似性。
昆虫防御素首先从肉蝇(phormia terranovae)中分离得到,当时认为与哺乳动物的防御素具有高度同源性而命名为昆虫防御素(insect defensin)。
但研究 作者单位:400016重庆医科大学检验医学系表明昆虫防御素与哺乳动物防御素二硫键的连接方式以及三维空间构型是截然不同的,因而昆虫防御素与哺乳动物防御素不具有同源性。
后来又从麻蝇(sarcophaga peregrina)、埃及伊蚊(Aedes aegypti)、按蚊(Anopheles gambiae)、果蝇、人的腮腺及牛中性粒细胞等分离到防御素家族成员。
31环链结构类:该类抗菌肽在C2末端有一个分子内二硫键,在C2末端形成一个环链结构(loop struc2 ture),而N2末端为线状结构。
如青蛙皮肤细胞产生的brevinins和bactenecin属于此类。
而牛中性粒细胞分泌的bactenecin是在分子的中部形成一个环链,两端有一个或两个游离的残基[6]。
这一类抗菌肽有较强的抗菌活性。
41β2折叠型:该类抗菌肽是在分子内有2～6个二硫键的抗菌肽类,分子量约为4～6kD。
有代表性的是动物防御素(animal defensin),可分为α型和β型两种。
α2防御素已从人的中性粒细胞、兔的巨噬细胞、鼠和人的小肠Paneth细胞中分离到[7],一般含有29～34个氨基酸残基,可形成3个β2片层结构,通过Cys12 Cys6、Cys22Cys4、Cys32Cys5方式形成的3个二硫键、Arg26与G lu224之间的盐键及每个单体中Cys、Tyr 和Phe残基间的相互疏水作用,保证了二聚体空间结构的稳定性。
β2防御素广泛存在于不同的上皮组织中,可能参与上皮和粘膜的抗感染防御[1,2,8],一般含有38～42个氨基酸残基,是通过Cys12Cys5、Cys22 Cys4和Cys32Cys6的方式形成二硫键。
X2射线晶体衍射研究人嗜中性粒细胞中分离到的防御素(HNP23)的结构发现,在晶体状态下,防御素是以二聚体形式存在。
每个单体都有三股反平行的β2折叠片以二硫键连接。
不对称的两个单体分子紧密靠近,并对二次旋转轴对称。
两个单聚体之间以四个直接氢键和两个通过定向水分子构成的氢键连接。
每个单体中的Cys、Tyr和Phe残基间的疏水相互作用,以保证二聚体结构的稳定性。
HNP23的β2折叠结构可能适用于所有其他来源的防御素。
抗菌肽的抗菌机制抗菌肽的抗菌机制与传统抗生素有所不同,传统抗生素是与病原体特定部位的受体结合从而使病原体的正常结构遭到破坏或使某些生物合成受阻,以达到抑菌或杀菌的作用,当其作用的靶位点发生改变时,抗生素就会失去其抗菌作用;生物抗菌肽则是以物理的方式作用于细菌的细胞膜,使细胞膜穿孔,细胞质外溢而达到杀菌的目的[9]。
由于抗菌肽均具有疏水和亲水的两亲性特征,带正电荷的分子与细胞膜磷脂分子上的负电荷形成静电吸附而结合在细胞的磷脂膜上,随后抗菌肽分子的疏水端插入细菌细胞膜的脂质膜中,进而牵引整个分子进入质膜,扰乱质膜上蛋白质和脂质原有的排列秩序,再通过抗菌肽分子间的相互位移而聚合形成跨膜离子通道,细胞质外流,细胞内离子大量丢失,细菌不能维持生命活动所需的胞内渗透压而死亡。
不论是α螺旋结构、伸展性螺旋结构、环链结构,还是β2折叠构型,膜通道的形成能力对抗菌肽的抗菌活性都起着决定性的作用。
有意义的是,抗菌肽只对原核生物细胞产生特异性的溶菌活性,对最低等的真核生物如真菌及某些植物的原生质体、某些肿瘤细胞等也有一定的杀伤力,而对人体正常的细胞则无损伤作用。
原因在于原核细胞和真核细胞结构尤其是膜结构的不同,真核细胞质膜含有丰富的膜蛋白和胆固醇,特别是后者的存在,使细胞膜趋于稳定,而且哺乳动物细胞中还存在高度发达的细胞骨架系统,其中的微丝、微管与质膜内层有着许多结合位点,这种结构是细胞维持特殊形态和渗透压的首要因素,它的存在抵抗了抗菌肽的溶菌作用。
用细胞松弛素(cytochalasin)将哺乳动物细胞中的骨架结构去除后,此细胞对抗菌肽的溶菌作用很敏感。
许多癌细胞的细胞骨架系统与正常细胞相比是不发达的,所以对正常细胞无毒性浓度的抗菌肽可以杀死许多癌细胞株。
Okada等研究发现,用麻蝇素Ⅰ(sarcotoxinⅠ)处理大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)后,E.coli对脯氨酸和四苯基磷酸盐的吸收停止,而这些物质的膜间运输需要膜间的电化学势。
进一步研究发现sarcotoxin Ⅰ扮演着离子泵的角色,它使得细胞内的钾离子快速地外流,三磷酸腺苷的含量急速下降。
这些现象也提示sarcotoxinⅠ的抗菌作用也是在细菌的细胞膜上形成孔道,造成细胞内物质泄漏而导致细胞电化学势的丧失。
为了进一步证实这一点,Nakajima等用sarco2 toxinⅠA与酸性磷脂制备的脂质体作用,发现包在脂质体里的葡萄糖分子被释放了出来,并发现sarcotoxin ⅠA与不同磷脂组成的脂质体相互作用,磷脂头的酸性愈强,抗菌肽对它的作用效应也愈强,当磷脂体中含有胆固醇时,其作用效应明显降低。
胆固醇是真核细胞膜的固有成分,所以这可能是抗菌肽只作用于原核细胞而对真核细胞无效或作用甚微的重要原因。
实验表明脂质体对抗菌肽的敏感度随着脂质体所带电荷的减少而降低。
这就证实了抗菌肽与细菌细胞膜表面的静电吸附是抗菌肽裂解细菌的第一步;而随着疏水末端的插入、抗菌肽分子的相互位移,最终聚合形成离子通道,是抗菌肽裂解细菌的关键。
抗菌肽的生物学活性11广谱抗菌活性:抗菌肽的抗菌谱较传统抗生素宽,传统抗生素通常只对细菌有效,而对真菌、病毒等病原体无效。
来自昆虫、猪、蛙、人等的抗菌肽既有抗革兰阴性菌和革兰阳性菌作用,又有抗真菌、抗病毒作用[3,5,10]。
抗菌肽不仅自身具有良好的抗菌活性,不同抗菌肽或与传统抗生素联用,还可提高抗菌肽和传统抗生素的药物疗效,甚至拓宽传统抗生素的抗菌谱。
这也是近年来对抗菌肽研究中的一个新发现。
实验结果表明抗菌肽synerporin S210和synerporin L SB21与替卡西林联用能明显提高替卡西林的抗菌活性,使替卡西林对E.Coli和铜绿假单胞菌的最小抑菌浓度(minimal inhibitory concentration,M IC)降低。