抗菌肽来源及药理作用

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抗菌肽（Antibacterial peptide）又叫抗微生物肽（Antimicrobial peptide）、抗生素肽（Antibiotics peptide），是由多种生物细胞特定基因编码经外界条件诱导产生的一类具有广谱抗细菌、真菌、病毒、原虫、抑杀肿瘤细胞等活性作用的多肽。1974年，瑞典科学家G. Boman等人向眉纹天蚕蛾( Samia Cynthia )蛹注入大肠杆菌后，在血淋巴细胞中发现了一种具有抗菌活性的碱性多肽类物质，随后诱导惜古比天蚕( Hyalophra Cecropia )蛹也发现了类似的抗菌活性物质[1, 2]。1981年，将这种具有抗菌活性的物质被命名为cecropin[3]，这是人们第一次真正意义上发现抗菌肽。随后，又在多种生物体内陆续发现了多种抗菌肽，抗菌肽广泛存在于从细菌到哺乳动物的生物中，是天然免疫防御系统的一个重要组成部分，被称为“第二防御体系”。迄今为止，国内外报道大约有2000 多种抗菌肽被鉴定、分离出来，以天然抗菌肽作模板进行人工合成的模拟肽已达数千种。
1.1.1昆虫抗菌肽昆虫是种群最大的生物种类，抗菌肽的数量难以估量。现在，仅在鳞翅目、双翅目、鞘翅目和蜻蜓目等8个目的昆虫中发现超过200多种昆虫抗菌肽类物质，仅从家蚕这一种昆虫获得了40个抗菌肽基因，已报道的天蚕素约有30余种。
2.1抗菌肽的抗细菌作用  在APD数据库中有1158个抗细菌肽，至少有113种以上的不同细菌均能被抗菌肽所杀灭。抗菌肽的抗菌作用机理的研究比较多。一是基于膜攻击作用的杀菌机制有一下几个模型[17, 18]：（1）桶板模型(barrel-stave model)：带正电荷的含α-螺旋抗菌肽单体与细胞膜上带负电荷的磷脂分子相互吸引而结合在细胞膜表面，多个抗菌肽分子形成多聚体，扰乱了质膜上蛋白质和脂质原有的排序，并以与膜表面垂直的排列方式将疏水基团插到磷脂双分子层，形成横跨细胞膜的离子通道，造成细胞质物质泄漏和电化学势丧失，细胞膜崩解而导致细胞死亡。（2）地毯模型 (carpet model)：以该机制杀菌的抗菌肽并不插入细胞膜内部，但在电荷作用下，一定浓度的抗菌肽像地毯样展开平行排列在细胞膜表面或形成颗物，利用疏水作用和分子张力作用改变细胞膜的表面张力，从而在细胞膜上出现暂时的孔洞，除了细胞液的相互渗透，抗菌肽还可通过此孔洞进入细胞。此外还有（3）穿孔螺旋模型（toroidal-hole model）：抗菌肽分子的极性端与磷脂分子的极性端相对一起形成以螺旋状形式的连续翻转，从而导致膜的完整性破坏和功能丧失；（4）分子团聚集式(micellar aggregate)是抗菌肽分子以不规则形式聚集于膜表面，类似地毯式模型的作用形成跨膜电势差而导致膜损伤。二是基于抗菌肽的非膜结构破坏型机制，包括抗菌肽穿过细胞膜或核膜，作用于胞内DNA、RNA，酶和蛋白质等分子，可抑制细胞外膜蛋白质，细胞壁的合成，抑制细胞的呼吸作用。如Carlsson等研究发现，attacin 能够抑制大肠杆菌细胞外膜蛋白相关基因的转录，导致细胞的通透性增加，从而抑制细菌生长[19]。Fehlbaum 等用40µM 的昆虫抗菌肽thanatin 处理大肠杆菌1 h 后细胞呼吸作用明显变弱，处理6 h 时后呼吸作用则完全停止，从而推断thanatin 可能是通过抑制细胞的呼吸作用杀灭细菌。
2.2 抗菌肽的抗病毒作用目前在APD数据库中有97个抗病毒肽，研究证明抗菌肽可以3种不同的机制起到抗病毒的作用：（1）可直接与病毒颗粒相互作用，如α-防御素等直接与对疱疹病毒粒子相结合而起作用；（2）干扰病毒的侵染过程，蜂毒素及其类似物K7I的结构与烟草花叶病毒衣壳蛋白的部分氨基酸序列存在相似性，以伪装成病毒包被蛋白，干扰病毒的正常组装；（3）抑制病毒的复制，蜂毒素和杀菌肽A可抑制HIV的复制。
2.3 抗菌肽对真菌的作用目前在APD数据库中有97个抗真菌肽。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；截取天蚕素A和蜂毒索分子的片段，合成杂合肽分子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。抗菌肽抗真菌的作用机理包括：（1）阻止、破坏真菌细胞壁的合成，如棘球白素（echinocandins）是1,3-β-葡聚糖合成酶的抑制物，通过非竞争性抑制葡聚糖的合成而抑制真菌细胞生长；（2）与真菌细胞内线粒体、核酸等大分子细胞器相互作用导致真菌死亡；（3）攻膜作用，在脂膜上形成孔洞，使重要的内容物外泄。
2.4 抗菌肽的抗原虫作用 部分抗菌肽可以有效地杀灭寄生于人类和动物的寄生虫。杀菌肽的类似物Shiva I在体外可以杀死恶性疟原虫[20]；杀菌肽／蜂毒素的杂合肽可以杀伤利什曼鞭毛虫。抗菌肽杀灭寄生虫时主要作用于寄生虫细胞质膜，损坏质膜形态，迅速降低W／OH的通透性，破坏膜电势。
2.5 抗菌肽的抑制肿瘤细胞作用目前在APD数据库中还有95个抗肿瘤肽。肿瘤细胞对抗菌肽的敏感度比正常细胞要高，这可能与肿瘤细胞外膜含有较高的酸性磷脂成分有关，而肿瘤细胞的细胞骨架系统不完善，也可能是易受抗菌肽作用的原因。抗菌肽对癌细胞的作用主要是可以插入质膜，使双分子层发生融解、完整性被破坏，细胞膜上形成的孔洞使内容物外泄，线粒体出现空泡化，嵴脱落，核膜破损，界限模糊不清，核染色体DNA断裂，并抑制染色体DNA的合成。
抗菌肽的抗肿瘤作用的另外一个可能机制是诱导细胞凋亡。Mai等研究发现，将抗菌肽DP1局部注射到小鼠的体瘤内，DP1 可以迅速诱导肿瘤细胞凋亡，因此诱导细胞凋亡可能是抗菌肽作用机制中的一种[21, 22]。抗菌肽在体内还可以调节机体的免疫机能，增强机体的免疫力发挥抗肿瘤作用。
2.6 抗菌肽具有促进创伤愈合、促进血管生成功能 LL-37在体内和体外均可以促进创伤愈合。LL-37可以调节转录因子，活化基质蛋白酶，促有丝分裂蛋白酶，激活磷酸激酶信号转导途径，最终反式激活内皮生长因子的表达，促进表皮细胞再生或形成肉芽组织愈合伤口[23]。在体内LL-37以剂量依赖性的方式诱导血管内皮生长因子(VEGF)，角质形成细胞生长因子（KGF）等多种细胞生长因子表达，刺激肠上皮细胞生长，保证肠上皮组织屏障的完整性[24]。本室从牛蛙皮肤中分离得到2种具有抗菌活性的多肽，同时检测到其具有对细菌感染创面促进创伤愈合作用。
2.7 抗菌肽的中和、阻断内毒素的作用  来自人的抗菌肽hCAP18 具有通过结合并中和、阻断内毒素的作用，10 mg和100 mg hCAP18 均能够显著抑制由LPS诱导增加的炎性细胞数，降低NO，TNF-α，PGE2, MCP-1和MIP-2水平[25, 26]。
2.8 抗菌肽的白细胞趋化与免疫激活作用 感染或损伤处所分泌的Cathelicidins和defensins 对效应细胞具有趋化性, 诱导化学激活素的转录及分泌和肥大细胞的组胺释放, 这些反应一起则能促进先天的及获得性免疫细胞的补充。LL-37是只存在于人肠道的属于 cathelicidin家族的抗菌肽，具有直接的杀菌活性。LL-37作用宿主Toll样受体， 加强TLR4 mRNA的转录和增加TLR4，引发宿主主细胞（mast cell）释放 IL-4，IL-5，IL-1β，激活宿主的先天性免疫[27]。
2.9 抗菌肽的炎性及免疫抑制作用 LL-37通过多种作用协同炎症因子IL-1β等细胞因子的释放[27, 28]。哺乳动物抗菌肽除了具有促炎性反应外, 也能阻止有害的炎症应答。Cathelicidin家族的抗菌肽能够抑制致炎细胞因子如TNF-α，IFN-r和IL-6的相关基因转录、促炎症反应物质的释放及避免细菌感染后啮齿类的脓毒症, 还能防止引起阻止损伤和炎症的毒性组分的产生[29-31]，研究表明Cathelicidin家族抗菌肽还可通过调节TLR4来调节炎症反应[32]。
2.10 免疫调节作用抗菌肽可以通过对靶细胞的凋亡、基因转录调节、调节巨噬细胞、树突状细胞和其它抗原递呈细胞趋化性的调节作用，调节宿主细胞因子的产生和B细胞和T细胞的抗原特异性免疫应答而作用于先天及获得性免疫[17, 33]。

吉翔

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