动物营养学报  2014, Vol. 26 Issue (1): 7-16   PDF (1056 KB)    
抗菌肽的来源及应用
梁英1,2    
1. 集美大学水产学院, 厦门 361021;
2. 集美大学鳗鲡现代产业技术教育部工程研究中心, 厦门 361021
摘要:抗菌肽是广泛存在于自然界生物中的一类多肽物质,作为生物机体的第1道防线能够抵抗病原体的侵害。抗菌肽具有抗细菌、真菌、病毒,抑杀癌细胞等多种生物活性,且不易产生抗药性。抗菌肽的这些特性使其最有希望代替传统抗生素。本文总结了抗菌肽的来源、特性及其应用前景,并阐述了目前在抗菌肽研究和应用中存在的主要问题。
关键词抗菌肽     来源     应用    
Antibacterial Peptides:Origns and Applications
LIANG Ying1,2    
1. Fisheries College, Jimei University, Xiamen 361021, China;
2. Engineering Research Centre of Eel Modern Technical Industry of Ministry of Education, Jimei University, Xiamen 361021, China
Abstract: The antibacterial peptides are a class of peptides that widely exist in many creatures in nature, which serve as the first line of defense against invasion pathogenic organisms. The antibacterial peptides have many biological activities, such as antibiosis, anti-fungi, anti-virus, killing the cancer cells and little or no drug resistant. All of these beneficial physiological activities make them a prior choice to substitute traditional antibiotics. In this article, we reviewed the origns, characteristics and application prospects of antibacterial peptides, and the problems in research and application of antibacterial peptides were also reviewed.
Key words: antibacterial peptide     origin     application    

1980年,Hultmark等[1]从诱导的惜古比天蚕(Hyalophora cecropia)蛹淋巴液中分离到第1种抗菌肽(antibacterial peptides),命名为cecropin(天蚕素)。此后,从各种生物(包括植物、昆虫、两栖类动物、哺乳动物、海洋生物、细菌、病毒等)中发现了1 700多种抗菌肽,并且不断有新发现的抗菌肽被补充到抗菌肽数据库(APD数据库、ANTIMIC数据库、APPDb数据库、AMSDb数据库、Defensins数据库等)中。抗菌肽通常由12~100个氨基酸残基组成,多含疏水性氨基酸,多数是两亲性阳离子肽[2]。天然生物抗菌肽抗菌谱广,具有热稳定性和较好的水溶性,对高等动物正常细胞几乎无毒害作用,且不易产生耐药性。对不同物种抗菌肽的研究已成为热点,抗菌肽有可能作为新一代的抗菌药物替代传统抗生素。本文根据近年来国内外的相关研究报道,从抗菌肽的来源、特性、应用前景以及存在的问题等方面做简要综述。

1 抗菌肽的来源
1.1 昆虫

迄今为止,约有200种昆虫抗菌肽被发现。昆虫抗菌肽多数为阳离子肽,氨基酸残基数一般不超过100个[3]。根据其氨基酸序列和结构特点,可将昆虫抗菌肽分为4大类:两性分子α-螺旋抗菌肽、分子内形成二硫键的抗菌肽、富含脯氨酸的抗菌肽及富含甘氨酸的抗菌肽。另外,还有一类抗真菌的抗真菌肽和一类既抗细菌又抗真菌的抗菌肽。

1.1.1 两性分子α-螺旋抗菌肽

这类抗菌肽分子内含两性α-螺旋结构,不含半胱氨酸,不具有二硫键,包括cecropins和andropins。目前已从鳞翅目和双翅目昆虫中分离出60多种cecropins类似物,cecropins能够攻击细菌的细胞膜起溶细胞作用,主要作用于革兰氏阴性菌[4]。andropins最早在雄性果蝇(Drosophila melanogaster)生殖道中发现,由21个氨基酸残基组成,对革兰氏阳性菌具有一定的抑制作用,对革兰氏阴性菌基本无抑菌活性[5]。此外,stomoxyn和spinigerin也属于两性分子α-螺旋抗菌肽,对寄生虫及多种病毒具有抑制作用,对哺乳动物红细胞无溶细胞作用。stomoxyn与cecropin A结构相似,而spinigerin则与magainin 2结构相似[6]

1.1.2 分子内形成二硫键的抗菌肽

该类抗菌肽通常含有6个半胱氨酸,形成3~4个二硫键,defensins属此类。目前已超过60种defensins从不同昆虫(鳞翅目、双翅目、蜻蜓目、鞘翅目和膜翅目)中被发现。昆虫defensins对多数革兰氏阳性菌具有抑制作用,最小抑菌浓度一般低于微摩尔水平,杀菌作用十分迅速,但是仅对很少的革兰氏阴性菌、丝状真菌和酵母菌有抑制作用[7]

1.1.3 富含脯氨酸的抗菌肽

已有7种富含脯氨酸的抗菌肽从膜翅目、双翅目和半翅目昆虫中被发现,其中apidaecins和abaecin来自蜜蜂、泥蜂、胡蜂和姬蜂,apidaecins由18个氨基酸残基组成,abaecin含有34个氨基酸残基,两者没有明显的同源性;drosocin(含19个氨基酸残基)和metchnikowin来源于果蝇;pyrrhocoricin来源于无翅红蝽(Pyrrhocoris apterus),包含22个氨基酸残基[8];formaecins来源于公牛蚁;lebocins来源于家蚕。

1.1.4 富含甘氨酸的抗菌肽

富含甘氨酸的抗菌肽包括:从天蚕中分离出的6种attacins(攻击素),其中4种属于碱性抗菌肽,2种属于中性抗菌肽,其分子质量都超过20 ku,attacins仅对部分革兰氏阴性菌有抑菌作用[9];sarcotoxins来源于麻蝇,包括sarcotoxin Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,sarcotoxin Ⅱ是目前昆虫中发现的分子质量最大的抗菌肽,分子质量为30 ku,对革兰氏阳性菌和阴性菌均有抑菌活性[10];diptericin由Dimarcq等[11]首先从经细菌诱导的肉蝇血淋巴中分离到,分子质量为9 ku;gloverin(天蚕葛佬素)分离自2种鳞翅目的血淋巴,分子质量为14 ku,和其他抗菌肽无同源性[12]

1.1.5 抗真菌肽

除了抗细菌肽,昆虫还能产生富含半胱氨酸的抗真菌肽。昆虫抗真菌肽首次从麻蝇中分离到[13]。holotricin 3是从东北大黑鳃金龟(Holotrichia diomphalia)幼虫中分离到的抗真菌肽,由84个氨基酸残基组成[14]。drosomycin分离自果蝇,由44个氨基酸残基组成,与富含半胱氨酸的抗真菌肽Rs-AFP2和γ-thionins高度同源。drosomycin具有抗真菌作用,但是对酵母菌和细菌没有作用[15]。此外,抗真菌肽还包括分离自鳞翅目昆虫的heliomicin,分离自白蚁(Pseudacanthothermes spiniger)的termicin。

1.1.6 既抗细菌又抗真菌的抗菌肽

这类抗菌肽包括从果蝇中分离的metchnikowin,含有26个氨基酸残基,革兰氏阳性菌和真菌对其敏感[16];thanatin是刺肩蝽(Podisus maculiventris)经诱导产生的一种抗菌肽,被称为死亡素,含有21个氨基酸残基,包含2个半胱氨酸[17]。thanatin与来源于青蛙的brevinins有40%同源性。

1.2 植物

thionins是第1类从植物中分离的抗菌肽,它能够抑制多种植物病原菌的生长。thionins一般由45~48个氨基酸残基组成,富含精氨酸、赖氨酸和半胱氨酸,包含3~4个二硫键[18]。之后,陆续从植物的根、种子、花、茎和叶子等中发现许多抗菌肽,根据序列相似性和抗菌活性,将其分为几个主要的类别:1)defensins家族,这是植物抗菌肽中数目最多的一个家族。defensins家族具有典型的三维结构,包括1个α-螺旋结构、2~3个β-发夹结构,通过3~4个二硫键形成一个稳定的结构[19]。2)cyclotides家族,这是唯一一个被发现其N末端和C末端相互作用形成一个环状结构的家族,它们的次级结构和defensins家族很类似。早期的研究暗示cyclotides家族是defensins家族的突变体,它们被分为2类,一类是bracelets,它们的特点是具有由α-螺旋和α-折叠形成的三维结构;另一类是mobius,包括circulin B和kalata B2,由β-发夹和β-转角构成。3)hevein-like proteins家族,如Ac-AMP1,包含1个α-螺旋结构、2个β-发夹结构和6个半胱氨酸,形成3个二硫键,其次级结构和defensins家族很像。4)knottins家族,包括Mj-AMP1、Mj-AMP2、Pa-AMP1和Pa-AMP2。5)impatiens家族,包括Ib-AMP1和Ib-AMP4,能够在很低的抑菌浓度下抑制枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、藤黄微球菌(Micrococcus luteus)等细菌的生长[20]。6)snakins家族,是一类分离自马铃薯的抗菌肽,含有63个氨基酸残基,分子质量为6.9 ku,包括snakin-1和snakin-2[21]

1.3 哺乳动物

哺乳动物抗菌肽被发现存在于嗜中性粒细胞、潘氏细胞、上皮细胞,或者是蛋白质的降解产物中。这些抗菌肽包括defensins、cathelicidins、bactenecins和indolicidins几大家族。defensins是研究最多的哺乳动物抗菌肽,其通过化学趋化因子受体作用于树状细胞和T细胞来调控宿主适应性免疫,以应对微生物的侵害。defensins根据结构的不同可以分为3个主要的类型:α-defensins、β-defensins和θ-defensins,它们的主要区别在于二硫键的位置不同。目前共发现6种不同的人类α-defensins。β-defensins在先天性免疫系统中具有重要作用,最近的研究表明其还有其他重要功能,比如抑制病毒的侵害和影响Toll样受体的相互作用[22, 23, 24]。cathelicidins抗菌肽在牛、猪、兔、绵羊、鼠、猴、马和人类中都有发现。

1.4 两栖动物

迄今为止,已鉴定的两栖动物来源抗菌肽有600多种。这些抗菌肽一般由10~46个氨基酸组成,它们对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、原生动物和病毒均有抑制作用。它们属于线性两亲性螺旋肽,多数为阳离子肽,包含带正电荷的氨基酸残基和疏水基团。蛙科是分布最广泛的两栖动物,几乎遍及各大洲,占据着重要的生态地位,从它们皮肤中分离到的抗菌肽无论在种类上还是数量上都极其惊人[25]。根据结构和序列相似性,将蛙科抗菌肽分成brevinin-1、esculentin-1、esculentin-2、temporin、ranalexin、ranatuerin-1、ranatuerin-2、plaustrin、brevinin-2、tigerinin、japonicin、nigrocin和melittin 13种[26]

1.5 海洋动物
1.5.1 海洋无脊椎动物

海洋无脊椎动物抗菌肽具有共同的特点:分子质量通常小于10 ku,具有两亲性。海洋无脊椎动物抗菌肽根据来源分为几大类别:1)甲壳动物抗菌肽。报道的抗菌肽主要存在于甲壳动物的血细胞和血浆中[27, 28, 29, 30]。从肝胰脏中分离到抗菌肽的甲壳动物有美洲巨螯虾(Homarus americanus)、蜘蛛蟹(H. araneus)、本哈寄居蟹(P. bernhardus)等[28, 31]。此外,从锯缘青蟹(Scylla Serrata)精液中分离到2种抗菌肽,分子质量分别为20.0[32]和10.8 ku[33]。还有一类甲壳动物抗菌肽源自血蓝蛋白,包括从凡纳滨对虾血浆中分离到分子质量为2.7 ku的抗菌肽和从细角滨对虾(Litopenaeus stylirostris)血浆中分离到分子质量分别为7.9和8.3 ku的2个小分子抗菌肽,与血蓝蛋白C末端氨基酸序列相似度高达95%以上,对真菌具有抑菌活性[34]。2)贝类抗菌肽。对此类抗菌肽研究较多的是贻贝类抗菌肽。分离自紫贻贝(Mytilus edulis)的抗菌肽有defensin A、B,mytilin A、B及mytimycin。defensin A和B具有抗细菌和真菌活性,与节肢动物defensins有较高同源性。mytilin A和B属于富含半胱氨酸的阳离子肽,与数据库中其他抗菌肽基本无同源性。mytimycin能够抑制粗糙链孢霉的生长[35]。MGD-1和MGD-2,mytilin C、D、G1,myticin A和B均来源于地中海贻贝(Mytilus galloprovincalis)。其中,MGD-1和MGD-2分离自血浆和mRNA,含有8个半胱氨酸;myticin A和B由40个氨基酸残基组成,分子内形成4个二硫键,myticin A和B对革兰氏阳性菌有抑制作用,且myticin B对真菌和革兰氏阴性菌也有抑制作用[36, 37]。近年来还发现了一些贝类抗菌肽源自血红蛋白。荆昭[38]发现毛蚶中的HbⅠ和HbⅡ对金黄色葡萄球菌等细菌有抗菌活性。汪青等[39]发现泥蚶血红蛋白可能具有抗菌活性。3)海鞘类抗菌肽。halocyamine A、B,dicynthaurin(6.2 ku),halocidin(3.4 ku)分离至真海鞘(Halocynthia roretzi)。halocyamine A能够抑制酵母菌、大肠杆菌、海水无色杆菌(Achromobacter aquamarinus)和铜绿假单胞菌(Pseudomonas perfectomarinus)的生长。halocyamine A、B还具有细胞毒素作用[40, 41, 42]。分离自柄海鞘(Styela clava)的抗菌肽有clavanins,styelin A、B。clavanins是一类具有4个α-螺旋结构、两亲性,富含组氨酸的抗菌肽。clavanin A、B、C、D无论是在大小、结构以及抗菌活性方面都与magainins相似。styelin A、B富含苯丙氨酸,除了能够抑制海洋类细菌外,对人类的部分革兰氏阳性菌和阴性菌也有抑制作用[43]。Zhao等[44]从咽cDNA文库中克隆到抗菌肽styelin C、D和E。Fedders等[45]从海鞘亚种中发现一种特殊的耐盐型抗菌肽,该抗菌肽在受攻击的红细胞中高度表达。

1.5.2 鱼类

已报道的鱼类抗菌肽大多从表皮黏液中分离到,它们之间的同源性比较低。此外,鱼类抗菌肽还包括从其他组织脏器(肝脏、脾脏、肾脏、鳃、血细胞、肠道等)中发现的hepcidins、cathelicidins、LEAP-2和chrysophsins等抗菌肽。梁英等[46]将从鱼类表皮黏液中分离到的抗菌活性物质大致分为抗菌蛋白(分子质量>10 ku)和抗菌肽(分子质量≤10 ku)2大类。抗菌蛋白根据性质又分为组蛋白样抗菌蛋白和糖蛋白样抗菌蛋白2类。组蛋白样抗菌蛋白主要来源于组蛋白H2A和H2B。糖蛋白样抗菌蛋白多数具有疏水性和α-螺旋结构。抗菌肽分子质量在2~10 ku,具有两亲性和α-螺旋结构,大部分等电点(pI)>10,属于阳离子肽。目前发现的鱼类cathelicidins抗菌肽主要从盲鳗(Myxine glutinosa)、虹鳟(Oncorhynchus mykiss)、红点鲑(Salvelinus alpines)、大西洋鳕鱼(Gadus morhua)、大西洋鲑鱼(Salmo salar)、褐鳟(Salmo truttafario)、河鳟(Thymallus thymallus)、大鳞大马哈鱼(Oncorhychus tshawytscha)、香鱼(Plecoglossus altivelis)中分离到。2003年,Iijima等[47]在红海鲷鳃中分离得到3种chrysophsins抗菌肽,分别含有25、25和20个氨基酸残基。2002年Shike等[48]首次从杂交斑纹鲈体内分离得到1种hepcidins抗菌肽,该抗菌肽含有21个氨基酸残基。此后,国内外学者从大西洋鲑鱼、美洲拟鲽(Pleuronectes americanus)、斑马鱼(Danio rerio)、日本海鲈鱼(Lateolabrax japonicus)、香鱼(P. altivelis)、无斑鸳鸳 (Alphestes immaculatus)等几十种鱼类中克隆获得hepcidin基因[49, 50, 51]。hepcidins成熟肽一般由19~27个氨基酸残基组成,绝大多数硬骨鱼类hepcidins成熟肽都包含有8个半胱氨酸残基[50]。但是,近年来含有4~6个半胱氨酸残基的hepcidins亚型被陆续发现。Qu等[52]从斜带石斑鱼中克隆到1个新的hepcidins基因EC-hepcidin 3,其成熟肽仅含4个半胱氨酸残基。Xu等[53]从2种南极鱼中发现了1个新的hepcidins基因type Ⅱ,其成熟肽含4个半胱氨酸残基。有学者认为发现的这种减少半胱氨酸残基数的hepcidins基因变体是南极鱼类对极端极地环境的适应[54]。Zhang等[55]从虹鳟中克隆到2个LEAP-2基因,该基因主要在肝脏中表达。国内外学者还从沟鲶、蓝鲶、草鱼、美洲拟鲽、青鳉(Oryzias latipes)、大西洋鲑鱼、鲤鱼(Cyprinus carpio)、斑马鱼(D. rerio)中克隆获得LEAP-2基因[56]

1.6 鸟类

据报道,鸡的基因共编码14种β-defensins、4种cathelicidins和1种LEAP-2。鸡defensins最初由Harwig等[57]从鸡的异嗜性白细胞中分离纯化出来,命名为gallinacins(Gal-1、Gal-1α和Gal-2)。从火鸡(Meleagris gallopavo)异嗜白细胞中发现的THP1和2,它们都与哺乳动物β-defensins同源。从王企鹅(Aptenodytes patagonicus)的胃中分离出来的2种spheniscins也属此类抗菌肽。在鸡的表皮、结肠和肾中还发现了gallinacin 3[58]。Lynn等[59]从鸡的基因组中鉴定出10种新的β-defensins基因(Gal-4~Gal-13)。鸡cathelicidins包括fowlicidin-1(cathelicidin-1、chCATH-1)、fowlicidin-2(cathelicidin-2、chCATH-2)、cathelicidin-Bl(chCATH-B1)、fowlicidin-3(cathelicidin-3、chCATH-3)等[60]

1.7 细菌

细菌抗菌肽也被称为细菌素。细菌素是由某些细菌在代谢过程中通过核糖体合成机制产生的一类具有抑菌活性的多肽或前体多肽,通常细菌素都是一些阳离子肽,具有疏水性或两亲性。细菌素根据它们的生物化学性质分为3类:1)Ⅰ类bacteriocins;2)Ⅱ类bacteriocins;3)Ⅲ类bacteriocins。Ⅰ类bacteriocins,这一类细菌素被称为硫醚抗生素,分子质量小于5 ku,由19~38个氨基酸组成,具有黏膜活性和耐热性,其分子含有罕见的硫醚氨基酸,如羊毛硫氨酸和β-甲基羊毛硫氨(β-methyllanthione),分为A型lantibiotics和B型lantibiotics 2类。Ⅱ类bacteriocins,是近年来发现的一类细菌素,被称为乳酸细菌素,基于它们的生物学性质和理化特性,可以作为很好的食品保藏剂。它们的分子质量比较小(4~6 ku),具有热稳定性,又可以分为4小类。Ⅲ类bacteriocins,这一类细菌素是由细菌的前蛋白转位酶分泌的,分子质量大于30 ku,耐热[61, 62]

1.8 病毒

LLPs是由人类缺陷病毒1型(HIV-1)跨膜蛋白的C末端序列编码的慢病毒细胞溶解肽,具有很强的抗微生物和细胞毒性作用。LLPs精氨酸含量高但不含赖氨酸[63]

2 抗菌肽的应用研究
2.1 在医学上的应用

目前抗菌肽在医学上的应用取得了一些令人满意的成果,已经有许多新型药物逐步迈入医药市场。例如,应用两栖类抗菌肽magainin开发的抗菌肽药品MAI278已经接近完成Ⅲ期临床试验,对病毒和肿瘤细胞显示较好的杀伤作用。daptomycin是一种阴离子抗菌肽,由Cubit Pharmaceuticals公司研发,2003年9月由美国食品与药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准上市。其可用于金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌引起的皮肤感染和脓毒症的治疗[64]。Li等[65]对鼠源Binlb抗菌肽基因功能的研究取得突破性进展。这是目前发现的第1个与男性生殖系统炎症相关的功能基因,第1次证实了附睾具有免疫系统。MX-226(CPI-226)是一个分离自牛的indolicidins抗菌肽,已完成Ⅲb期临床试验,可用于局部阻止或降低中心静脉导管相关的血液感染,显示了良好的应用前景[66]。plectasin(菌丝霉素)是从一种子囊菌中分离出来的抗菌肽,其对肺炎链球菌具有较好杀菌活性,也可以抑制真菌和病毒生长,2007年已完成对plectasin的临床前期研究[67]。多年来,中国科学院昆明动物研究所鉴定了超过500种的抗菌肽分子,占全球已知抗菌肽种类的30%,建立了中国抗菌肽分子资源库。通过筛选得到了10个以上的具有抗感染药物开发潜力的抗菌肽候选药物,并完成了除安全评价以外的大部分临床前研究数据。2010年,中国科学院昆明动物研究所拟利用在抗菌肽研究上的领先优势,结合生物医药相关产业联合开发抗菌肽药物。

2.2 在农牧业上的应用

植物病害多达数百种,几乎所有的作物都会遭受病虫的危害。因此,培育抗逆品种是防治植物病害的一个有效途径。随着基因工程技术的发展,人们将昆虫抗菌肽的基因导入植物体内并得以表达,从而获得抗病植株。Sharma等[68]将抗菌肽B基因转入水稻,获得抗白叶枯病株系。田长恩等[69]将柞蚕抗菌肽D基因采用花粉管道法得到的转基因植株的子代对青枯病具有较强的抵抗能力。

大量研究表明,抗菌肽具有促进家禽生长发育,提高机体免疫力的作用。马卫明等[70]给7~42日龄雏鸡肌肉注射猪小肠抗菌肽,发现注射抗菌肽组雏鸡日增重显著提高,料重比显著降低。皮灿辉等[71]研究了抗菌肽制剂替代抗生素对母猪和仔猪生产性能及健康状况的影响,抗菌肽能显著提高猪的免疫力和健康水平。抗菌肽在奶牛乳房炎的治疗等方面也有很大的潜力。某些抗菌肽能够抑制引起动物乳腺炎的重要病原体——金黄色葡萄球菌。一种溶葡球菌酶的改造基因在奶牛乳腺中大量表达可抑制金黄色葡萄球菌的生长,但不在牛奶中表达,因此可以用于治疗乳腺炎[72]。吴俊强等[73]对患隐性乳房炎奶牛乳区灌注nisin,其治疗效果与庆大霉素治疗组相当。在山羊乳腺细胞中转入相关基因,使得山羊乳腺分泌的牛奶中含有分泌乳铁蛋白活性多肽和牛气管抗菌肽,可以抑制不同的细菌病原体[74]

抗菌肽在水产养殖中的应用主要集中于作为饲料添加剂提高水产动物的生长性能和抗病力。宋理平等[75]研究发现,添加一定量的抗菌肽能改善凡纳滨对虾的生长性能,提高其存活率,增加免疫保护率。姜珊等[76]研究表明,在饲料中加入适量的重组抗菌肽可显著提高罗非鱼幼鱼的生长速度和部分免疫指标。

某些抗菌肽可以作为促炎症细胞因子[肿瘤坏死因子(TNF)、环氧合酶2(COX-2)、干扰素(IFN)]的诱导物,鱼类pleurocidin和cecropin模拟肽段(CF17)能促进鳟鱼巨噬细胞系(RTS1 1)中白细胞介素-1B(IL-1B)和COX-2的表达,这表明这些化合物具备佐剂的特性[77]。目前,研究者一直在寻找无毒替代化合物来生产灭活疫苗以克服福尔马林带来的过敏反应。抗菌肽的直接抗菌功能可作为未来灭活疫苗的潜在资源。Wang等[78]研究表明,将石斑鱼epinecidin-1与神经坏死病毒同时注射斜带石斑鱼,并设置对照组(直接注射病毒)30 d后对存活个体再次注射病毒,结果发现,试验组比对照组存活率显著提高。这表明抗菌肽有可能替代福尔马林制备环保型灭活疫苗。抗菌肽还可作为一种药物载体。Otvos等[79]证实昆虫抗菌肽pyrrochoricin与其衍生物具有运载抗原依赖性疫苗的能力,可作为运载药物的工具。magainin与溶于50%乙醇的表面活性增强剂N-月桂酰肌氨酸同时作用可以破坏皮肤角质层的脂质结构,从而增加了47倍的皮肤通透性,这一结果对穿皮给药意义重大[80]

3 抗菌肽的开发研究
3.1 抗菌肽的开发

抗菌肽的开发还存在一些急待解决的问题,如:化学合成成本昂贵,基因工程面临表达载体构建难且表达产量不高的问题[81],从天然材料中提取抗菌肽提取工艺复杂,制备成本昂贵等。目前也有一些新技术可用于弥补这些不足之处,如:利用差异显示技术分析经诱导和未诱导抗菌肽基因的差异表达,可以获得一些新的抗菌肽基因;构建cDNA文库,基于同源序列筛选抗菌肽编码基因;利用生物信息学方法设计抗菌肽结构,使其具有特殊功能[2];通过在大肠杆菌、酵母以及动植物中进行DNA重组表达获得大量抗菌肽。通过改造缩短抗菌肽的氨基酸序列也是降低抗菌肽合成成本的另一个有效途径。

3.2 抗菌肽的使用

尽管抗菌肽在体外表现出广谱及显著的抗菌活性,但是在生产实践中仍然面临许多问题。由于生物体内广泛存在蛋白酶,因此抗菌肽很容易被蛋白酶水解,从而限制了抗菌肽在体内发挥作用。为此,研究人员提出了通过化学修饰,开发抗菌活性与抗蛋白酶水解活性并存的双功能肽等方法来解决抗菌肽在体内的稳定性[2]。此外,抗菌肽的安全性问题也不容忽视,某些天然抗菌肽在杀菌的同时具有溶血性,还有一些抗菌肽本身具有毒性,无法应用于临床治疗。为此,通过改造抗菌肽的结构使之既具有抗菌活性又无毒副作用,是一种克服抗菌肽毒副作用的有效方法。同时,对有应用意义的基因进行整合获得重组肽,使其能够应用到生产上也是解决方法之一。已有大量资料证明抗菌肽独特的作用机制使得细菌不易对其产生抗药性。但是,近年来也有研究发现一些细菌能够通过减少细胞膜所带的负电荷、干扰抗菌肽基因正常表达等方式对抗菌肽产生抗性[82]。Perron等[83]发现金黄色葡萄球菌可分泌蛋白酶以降解抗菌肽,还可以通过调节细胞膜的转运作用对抗菌肽产生耐药性。Peters等[82]指出,如果细菌持续接触较高浓度的抗菌肽,不排除将有抗菌肽抗性菌株被不断进化出来,这将极大限制抗菌肽的使用。此外,对于抗菌肽的使用,迫切需要了解其在体内的半衰期、给药剂量等问题,但是目前关于抗菌肽的药代动力学的研究较少。核素影像法作为一种新方法为研究动物体内抗菌肽的药代动力学特征,为鉴别感染、监测治疗效果提供了可靠的依据[84]

4 小 结

目前已发现的天然抗菌肽加上上千种合成的抗菌肽构成了强大的抗菌肽数据库,抗菌肽以其独特的优点——广谱高效抗菌活性、大部分对宿主无害、不易产生耐药性,有可能替代传统抗生素。虽然在抗菌肽的研究中还存在许多难题,但是我们相信随着科学技术的发展,以及对抗菌肽结构和作用机制的深入研究,将为开发新的药物和运用生物技术防御病害提供新的思路。在不久的将来,抗菌肽会在农业不同领域和医药食品工业上有着广阔的应用前景。

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