抗菌肽的研究进展（转）

牛莫王 · 发表于 2010-9-4 21:03:00

　　抗菌肽是指核糖体合成的相对分子质量通常在1×104以下，具有抗菌活性的多肽类物质，它包括cecropins、defensins等。
　　1072年瑞典科学家Boman等从惜古比天蚕(Hyatophora-cecropia)蛹中诱导分离出第一种杀菌肽，并将其命名为天蚕素Cecropin。此后人们又在细菌、真菌、两栖类、哺乳动物、植物和人类中相继发现并分离得到了抗菌肽。2007年3月，中国科学院昆明动物研究所在动物来源的抗菌肽研究方面取得了重要研究进展。研究小组在单个两栖动物个体中发现了107种新型的抗菌肽类多肽，占全世界已知抗菌肽总数的10%左右，并克隆了372条抗菌肽基因，分属于30个不同的多肽家族，是目前世界上发现的最丰富的抗菌肽资源。
　　抗菌肽是一类很难导致微生物耐药性的新型抗感染药物多肽，目前世界上已知的抗菌肽有1200多种。据介绍，该成果为开发设计新型抗感染药物提供了丰富的多肽来源，对推动新型抗感染药物研发具有一定意义。
　　一、作用机制
　　1.胞膜攻击作用
　　首先，抗菌肽分子通过静电作用结合于细胞膜带负电荷的磷脂双层，使磷脂双层局部变薄;然后在细胞膜电势的作用下，抗菌肽分子的疏水部分插入细胞膜，而其两性分子α-螺旋插入膜内，多个抗菌肽分子共同形成离子通道，使膜通透化;最终改变细胞膜的通透性及细胞能量状态，导致细胞膜去极化，呼吸作用受到抑制以及细胞ATP含量严重下降，导致靶细胞死亡。
　　2.线粒体攻击作用
　　当抗菌肽MUC7作用于细菌时，在其超微结构中发现线粒体出现肿胀、空泡化、嵴脱落、内容物溢出等现象，因此认为MUC7等抗菌肽的作用机制可能与抑制细胞呼吸有关。
　　3.对染色体的破坏作用
　　此类抗菌肽并不破坏膜结构，而是穿过细胞膜或核膜使瘤细胞的DNA发生断裂，从而引起细胞死亡。
　　4.癌细胞骨架的断裂作用
　　肿瘤细胞的细胞骨架系统发育不完善，抗菌肽可以插入到细胞质膜，使细胞的双分子层发生溶解、微管崩解，破坏肿瘤细胞骨架的完整性。而真核生物细胞膜富含膜蛋白和胆固醇，特别是胆固醇的存在维持了细胞膜的稳定性，因此，对哺乳动物正常的细胞破坏作用不明显。另外，哺乳动物细胞中微丝、微管和质膜内层存在许多结合位点，这种高度发达的细胞骨架结构抵抗了抗菌肽的破坏作用。
　　5.其他作用机制
　　通过荧光免疫法和Western印迹杂交法研究发现，抗菌肽可以促进凋亡相关蛋白及其配体的表达，通过诱导细胞凋亡杀死肿瘤细胞。
　　二、生物活性作用
　　1.抗菌
　　Cirioni等(2002)挑选3种阳离子抗菌肽对感染性休克的小鼠进行治疗效果观察，结果表明抗菌肽可抑制细菌增长、血浆内毒素和TNE2的浓度。Mygind等(2005)从腐物寄生的子囊菌(Pseudoplectania nigrella)中分离得到抗菌肽Plectasin,研究表明抗菌肽对肺炎链球菌具有良好的杀菌活性，效果与万古霉素和青霉素相当。Zhang(2005)等在实验中发现4种抗菌肽HBCM2、HBCM3、HBCP2和HB71可显著减轻小鼠肺脏因感染Psendomonas造成的。Chronmek等在小鼠感染试验中发现，由肾脏中性白细胞和上皮细胞分泌的抗菌肽cathelicidinLL-37可明显抵抗尿道感染，表明LL-37在尿道黏膜免疫中发挥着重要的作用。
　　2.抗病毒
　　Wachinger等(1998)的研究结果表明，蜂毒素和天蚕素可以在亚毒性浓度下抑制艾滋病毒HIV-1的基因表达，减少HIV-1的增殖。烟草花叶病毒衣壳蛋白的部分基因序列在病毒颗粒组装中与RNA和蛋白质结合密切相关，这样蜂毒素蛋白质可以伪装成病毒包被蛋白，导致RNA构象的该病，不能与正常蛋白质结合，病毒颗粒无法正常组装。竹园军等(2006)在无血清存在的情(下转15页)(上接13页)况下，高浓度(100克/毫升)防御素有细胞毒性，会引发HIV膜通透性大大提高。
　　3.抗肿瘤
　　Jaynes(1991)首次报道了抗菌肽对肿瘤细胞有杀伤作用。胡云龙等(1996)报道家蚕抗菌肽对小鼠S180肉瘤有抑制作用。张卫民等(1998)报道蚕抗菌肽对人肝癌细胞BEL-7402和直肠癌细胞均有杀伤作用。抗菌肽能特异性抑制某些肿瘤的生长，对人体正常细胞无害，极有可能成为无毒或低毒的抗肿瘤新药。
　　4.抗寄生虫
　　Diazachirica等(1998)发现一种合成的天蚕素——蜂毒素杂合体对莱仕曼原鞭毛虫有损伤作用。Shahabuddin等(1998)发现昆虫抗菌肽对感染蚊子的疟原虫发育的不同时期有不同的作用，主要对疟原虫的卵囊期和子孢子期造成明显损伤。Efron等(2002)报道，从南美叶泡蛙皮肤得到的抗菌多肽demasepin对疟原虫显示抑制作用。
　　5.其它活性
　　抗菌肽还具有抗精子作用、胚胎毒性、溶血活性、神经毒性、加快伤口愈合、调节细菌以及在LDS或LPS协同下增强的鼠巨噬细胞的呼吸爆发等生物学功能。另外自然界中确实存在一些特殊的抗菌肽如蜂毒素、蜂毒肽、蝎毒素等，对正常的宿主细胞有潜在的毒性。
　　三、抗菌肽的应用研究
　　作为饲料添加剂为了保证畜牧业走绿色、无公害发展的道路，抗生素被安全、高效的新型饲料添加剂替代已成为必然趋势，而抗菌肽独特的杀菌机理和理化性质可使其作为一种无毒、无害、无残留的绿色添加剂。
　　Bsls等(1996)研究表明抗菌肽可促进动物生长，提高动物抗病能力，不容易产生耐药性。温刘发等通过在断奶仔猪的饲料中用抗菌肽代替抗生素，对仔猪的腹泻、生产性能等作了比较。结果表明，抗菌肽在仔猪断奶应激期间抗腹泻效果不比抗生素差。
　　适量的抗菌肽比抗生素促生长的效果更好，但高剂量的抗菌肽则降低了仔猪的生长。黄永彤等发现，抗菌肽对肉鸡有促进生长和提高免疫力的作用。与中草药抗生素相比，在出栏率、平均体重、饲料效率等方面均无显著性差异，且在出栏前3天停喂，抽检无残留。
　　陈晓生等于肉鸭日粮中添加液体的蚕抗菌肽AD-酵母制剂发现血清代谢激素的活动显著增强，IGF-1浓度升高，营养物质合成加强;甲状腺素升高，脂肪、T4降低;尿素氨浓度显著降低，体内氮排出减少。王广军等研究了抗菌肽蛋白在南美对虾养殖中的应用效果，结果表明，在饲料中添加抗菌肽蛋白无论是在日增长速度、相对增长率、饲料系数、成活率还是抗病力方面均有显著提高。
　　转基因动物研究基因工程技术培育转基因是动物养殖的一种新途径。通过微生物介导，利用基因工程技术将抗菌肽基因转入植物和动物，产生了抗菌肽转基因植物和动物。Yarus(1996)等用显微注射法将牛气管AM基因转入小鼠，转基因鼠成功地表达了牛气管AMP，鼠乳中的牛气管AMP对大肠杆菌具有抗菌活性。可见抗菌肽的转基因动植物具有明显增强抗病原微生物的能力，这在作物培育和动物养殖中具有重要的现实意义。
　　猪瘟、鸡新城疫、奶牛乳房炎、仔猪腹泻等一直是棘手的疾病，严重影响畜牧业和养殖业的发展，借鉴已成功的昆虫抗菌肽转基因工程，如转基因马铃薯、转基因蚊子、转基因水稻等，把特异的抗菌肽基因转入畜禽特定细胞让其表达，从而产生抗病毒新品种，将为畜牧业和养殖业的发展带来新的契机。
　　四、存在的问题
　　天然抗菌肽来源有限，并且提取工艺复杂，成本昂贵，化学合成也存在高成本、批量生产困难等问题，通过基因工程获得的抗菌肽也存在抗菌活性、生产困难等问题。
　　抗菌肽比药物分子大得多，因此抗原性比较强。
　　天然抗菌肽在生物体内已经经过合成后加工修饰，具有一定的空间结构，而其抗菌活性与肽分子的空间结构密切相关，体外合成的抗菌肽与天然抗菌肽虽然一级结构一致，但空间结构却与天然抗菌肽不尽相同，因而造成活性较差。
　　某些抗菌肽抗菌谱广，杀菌力强，但其对哺乳动物细胞也有一定的细胞毒性，如何在保持其结构与活性的同时降低其细胞毒性也是需要解决的问题。
　　五、应用前景
　　随着分子生物学和纳米技术的发展和广泛应用，人们对抗菌肽的性质和特征有了进一步了解。研究发现，不同表达体系所产生的抗菌肽不尽相同，而且，在对宿主免疫反应进行研究的过程中，往往涉及到某些新基因的寻找和鉴定。因此，从不同的表达体系内寻找其独特的新型抗菌肽，正逐渐成为人们热衷的目标。