抗菌肽的研究進展（轉）

牛莫王 · 發表于 2010-9-4 21:03:00

　　抗菌肽是指核糖體合成的相對分子質量通常在1×104以下，具有抗菌活性的多肽類物質，它包括cecropins、defensins等。
　　1072年瑞典科學家Boman等從惜古比天蠶(Hyatophora-cecropia)蛹中誘導分離出第一種殺菌肽，并將其命名為天蠶素Cecropin。此后人們又在細菌、真菌、兩棲類、哺乳動物、植物和人類中相繼發現并分離得到了抗菌肽。2007年3月，中國科學院昆明動物研究所在動物來源的抗菌肽研究方面取得了重要研究進展。研究小組在單個兩棲動物個體中發現了107種新型的抗菌肽類多肽，占全世界已知抗菌肽總數的10%左右，并克隆了372條抗菌肽基因，分屬于30個不同的多肽家族，是目前世界上發現的最豐富的抗菌肽資源。
　　抗菌肽是一類很難導致微生物耐藥性的新型抗感染藥物多肽，目前世界上已知的抗菌肽有1200多種。據介紹，該成果為開發設計新型抗感染藥物提供了豐富的多肽來源，對推動新型抗感染藥物研發具有一定意義。
　　一、作用機制
　　1.胞膜攻擊作用
　　首先，抗菌肽分子通過靜電作用結合于細胞膜帶負電荷的磷脂雙層，使磷脂雙層局部變薄;然后在細胞膜電勢的作用下，抗菌肽分子的疏水部分插入細胞膜，而其兩性分子α-螺旋插入膜內，多個抗菌肽分子共同形成離子通道，使膜通透化;最終改變細胞膜的通透性及細胞能量狀態，導致細胞膜去極化，呼吸作用受到抑制以及細胞ATP含量嚴重下降，導致靶細胞死亡。
　　2.線粒體攻擊作用
　　當抗菌肽MUC7作用于細菌時，在其超微結構中發現線粒體出現腫脹、空泡化、嵴脫落、內容物溢出等現象，因此認為MUC7等抗菌肽的作用機制可能與抑制細胞呼吸有關。
　　3.對染色體的破壞作用
　　此類抗菌肽并不破壞膜結構，而是穿過細胞膜或核膜使瘤細胞的DNA發生斷裂，從而引起細胞死亡。
　　4.癌細胞骨架的斷裂作用
　　腫瘤細胞的細胞骨架系統發育不完善，抗菌肽可以插入到細胞質膜，使細胞的雙分子層發生溶解、微管崩解，破壞腫瘤細胞骨架的完整性。而真核生物細胞膜富含膜蛋白和膽固醇，特別是膽固醇的存在維持了細胞膜的穩定性，因此，對哺乳動物正常的細胞破壞作用不明顯。另外，哺乳動物細胞中微絲、微管和質膜內層存在許多結合位點，這種高度發達的細胞骨架結構抵抗了抗菌肽的破壞作用。
　　5.其他作用機制
　　通過熒光免疫法和Western印跡雜交法研究發現，抗菌肽可以促進凋亡相關蛋白及其配體的表達，通過誘導細胞凋亡殺死腫瘤細胞。
　　二、生物活性作用
　　1.抗菌
　　Cirioni等(2002)挑選3種陽離子抗菌肽對感染性休克的小鼠進行治療效果觀察，結果表明抗菌肽可抑制細菌增長、血漿內毒素和TNE2的濃度。Mygind等(2005)從腐物寄生的子囊菌(Pseudoplectania nigrella)中分離得到抗菌肽Plectasin,研究表明抗菌肽對肺炎鏈球菌具有良好的殺菌活性，效果與萬古霉素和青霉素相當。Zhang(2005)等在實驗中發現4種抗菌肽HBCM2、HBCM3、HBCP2和HB71可顯著減輕小鼠肺臟因感染Psendomonas造成的。Chronmek等在小鼠感染試驗中發現，由腎臟中性白細胞和上皮細胞分泌的抗菌肽cathelicidinLL-37可明顯抵抗尿道感染，表明LL-37在尿道黏膜免疫中發揮著重要的作用。
　　2.抗病毒
　　Wachinger等(1998)的研究結果表明，蜂毒素和天蠶素可以在亞毒性濃度下抑制艾滋病毒HIV-1的基因表達，減少HIV-1的增殖。煙草花葉病毒衣殼蛋白的部分基因序列在病毒顆粒組裝中與RNA和蛋白質結合密切相關，這樣蜂毒素蛋白質可以偽裝成病毒包被蛋白，導致RNA構象的該病，不能與正常蛋白質結合，病毒顆粒無法正常組裝。竹園軍等(2006)在無血清存在的情(下轉15頁)(上接13頁)況下，高濃度(100克/毫升)防御素有細胞毒性，會引發HIV膜通透性大大提高。
　　3.抗腫瘤
　　Jaynes(1991)首次報道了抗菌肽對腫瘤細胞有殺傷作用。胡云龍等(1996)報道家蠶抗菌肽對小鼠S180肉瘤有抑制作用。張衛民等(1998)報道蠶抗菌肽對人肝癌細胞BEL-7402和直腸癌細胞均有殺傷作用。抗菌肽能特異性抑制某些腫瘤的生長，對人體正常細胞無害，極有可能成為無毒或低毒的抗腫瘤新藥。
　　4.抗寄生蟲
　　Diazachirica等(1998)發現一種合成的天蠶素——蜂毒素雜合體對萊仕曼原鞭毛蟲有損傷作用。Shahabuddin等(1998)發現昆蟲抗菌肽對感染蚊子的瘧原蟲發育的不同時期有不同的作用，主要對瘧原蟲的卵囊期和子孢子期造成明顯損傷。Efron等(2002)報道，從南美葉泡蛙皮膚得到的抗菌多肽demasepin對瘧原蟲顯示抑制作用。
　　5.其它活性
　　抗菌肽還具有抗精子作用、胚胎毒性、溶血活性、神經毒性、加快傷口愈合、調節細菌以及在LDS或LPS協同下增強的鼠巨噬細胞的呼吸爆發等生物學功能。另外自然界中確實存在一些特殊的抗菌肽如蜂毒素、蜂毒肽、蝎毒素等，對正常的宿主細胞有潛在的毒性。
　　三、抗菌肽的應用研究
　　作為飼料添加劑為了保證畜牧業走綠色、無公害發展的道路，抗生素被安全、高效的新型飼料添加劑替代已成為必然趨勢，而抗菌肽獨特的殺菌機理和理化性質可使其作為一種無毒、無害、無殘留的綠色添加劑。
　　Bsls等(1996)研究表明抗菌肽可促進動物生長，提高動物抗病能力，不容易產生耐藥性。溫劉發等通過在斷奶仔豬的飼料中用抗菌肽代替抗生素，對仔豬的腹瀉、生產性能等作了比較。結果表明，抗菌肽在仔豬斷奶應激期間抗腹瀉效果不比抗生素差。
　　適量的抗菌肽比抗生素促生長的效果更好，但高劑量的抗菌肽則降低了仔豬的生長。黃永彤等發現，抗菌肽對肉雞有促進生長和提高免疫力的作用。與中草藥抗生素相比，在出欄率、平均體重、飼料效率等方面均無顯著性差異，且在出欄前3天停喂，抽檢無殘留。
　　陳曉生等于肉鴨日糧中添加液體的蠶抗菌肽AD-酵母制劑發現血清代謝激素的活動顯著增強，IGF-1濃度升高，營養物質合成加強;甲狀腺素升高，脂肪、T4降低;尿素氨濃度顯著降低，體內氮排出減少。王廣軍等研究了抗菌肽蛋白在南美對蝦養殖中的應用效果，結果表明，在飼料中添加抗菌肽蛋白無論是在日增長速度、相對增長率、飼料系數、成活率還是抗病力方面均有顯著提高。
　　轉基因動物研究基因工程技術培育轉基因是動物養殖的一種新途徑。通過微生物介導，利用基因工程技術將抗菌肽基因轉入植物和動物，產生了抗菌肽轉基因植物和動物。Yarus(1996)等用顯微注射法將牛氣管AM基因轉入小鼠，轉基因鼠成功地表達了牛氣管AMP，鼠乳中的牛氣管AMP對大腸桿菌具有抗菌活性。可見抗菌肽的轉基因動植物具有明顯增強抗病原微生物的能力，這在作物培育和動物養殖中具有重要的現實意義。
　　豬瘟、雞新城疫、奶牛乳房炎、仔豬腹瀉等一直是棘手的疾病，嚴重影響畜牧業和養殖業的發展，借鑒已成功的昆蟲抗菌肽轉基因工程，如轉基因馬鈴薯、轉基因蚊子、轉基因水稻等，把特異的抗菌肽基因轉入畜禽特定細胞讓其表達，從而產生抗病毒新品種，將為畜牧業和養殖業的發展帶來新的契機。
　　四、存在的問題
　　天然抗菌肽來源有限，并且提取工藝復雜，成本昂貴，化學合成也存在高成本、批量生產困難等問題，通過基因工程獲得的抗菌肽也存在抗菌活性、生產困難等問題。
　　抗菌肽比藥物分子大得多，因此抗原性比較強。
　　天然抗菌肽在生物體內已經經過合成后加工修飾，具有一定的空間結構，而其抗菌活性與肽分子的空間結構密切相關，體外合成的抗菌肽與天然抗菌肽雖然一級結構一致，但空間結構卻與天然抗菌肽不盡相同，因而造成活性較差。
　　某些抗菌肽抗菌譜廣，殺菌力強，但其對哺乳動物細胞也有一定的細胞毒性，如何在保持其結構與活性的同時降低其細胞毒性也是需要解決的問題。
　　五、應用前景
　　隨著分子生物學和納米技術的發展和廣泛應用，人們對抗菌肽的性質和特征有了進一步了解。研究發現，不同表達體系所產生的抗菌肽不盡相同，而且，在對宿主免疫反應進行研究的過程中，往往涉及到某些新基因的尋找和鑒定。因此，從不同的表達體系內尋找其獨特的新型抗菌肽，正逐漸成為人們熱衷的目標。