抗菌肽的生物活性及其研究进展

1、抗菌肽的生物活性及其研究进展郭梦雨（四川农业大学四川雅安625014）摘要：抗菌肽是生物界广泛存在的一类生物活性肽。它具有抗菌、抗真菌、抗病毒作用，甚至对癌细胞有杀伤作用。本文简要综述了抗菌肽的生物活性及其作用机理，并阐述了抗菌肽在转基因研究、生物饲料添加剂以及药用研究中的作用及应用前景。关键词：抗菌肽、生物活性、转基因、医药ThebiologicalactivityofantimicrobialpeptidesandtheirresearchprogressGuoMengyu(SichuanAgriculturalUniversity,YaanSichuan625014)Abstract:Antimicrobialpeptidesarewidelyexistinorganismandbiologicalactivepeptide.Ithasantibacterial,antifungal,antiviraleffect,evenhaveakillingeffectoncancercells.Thispaperbrieflysummarizesthebiologicalactivit。

2、yandthemechanismofantimicrobialpeptides,andtheroleofantibacterialpeptidesintransgenosisresearch,biologicalfeedadditivesandpharmaceuticalresearchandapplicationprospects.KeyWords:antimicrobialpeptides,biologicalactivity,transgenosis,medicine序言抗菌肽(Antimicrobialpeptides,AMPs)又称抗微生物肽或肽抗生素，原指昆虫体内经诱导而产生的一类分子量在4KD左右，具有抗菌活性的碱性多肽物质。现在，广义上的抗菌肽是指存在于生物体内具有抵抗外界微生物侵害，消除体内突变细胞的一类小分子多肽[1]。抗菌肽具有分子量小、水溶性好、耐热性强、无免疫原性、抗菌谱广等特点，极有可能成为一种高效、低毒并且无残留危害的抗菌、抗病毒、抗癌新药，甚至可以通过基因工程的方法将抗菌肽基因导入植物、动物和微生物体内，用于大批量生产或进行动植物的抗病育种[2]。抗菌肽。

3、在动植物及微生物体内分布广泛[3]，是天然免疫防御系统的一部分。抗菌肽和常规的抗生素不同，它是某个特定基因编码的蛋白产物，因此具有独特的抗菌机制[4]。1抗菌肽的来源和分类20世纪70年代，瑞典科学家G.Boman[5]等人第一次从惜古比天蚕蛹中诱导分离得到一种杀菌肽，并将其命名为cecropin。此后,各国科学家都对这种新型的不同于以往抗生素类的抗菌物质产生了浓厚的兴趣，短短三十多年间已经发现了1700多种抗菌肽[6]。目前，抗菌肽正以其独特和优异的性能，而受到越来越广泛的关注。抗菌肽的分类主要根据其化学组成、二级结构、以及功能来划分，Hoffman[7]将抗菌肽根据空间结构分为线肽和环肽两类，随后Bomalm[8]根据抗菌肽基因研究的成果，将抗菌肽分为四大类：不含半胱氨酸的线肽；含等量半胱氨酸的抗菌肽；富含1-2种氨基酸的线肽；高突变的防御肽。根据其活性还可以分为抗细菌肽、抗真菌肽、抗病毒肽、抗肿瘤肽、抗原虫肽等[9]。2作用机理及特点2.1抗细菌活性关于抗菌肽的作用机理，不同的学者提出了不同的看法[10]。目前研究得最为清楚的是膜渗透机理，认为抗菌肽是利用自身的结构特点，在细菌细。

4、胞膜上形成电势依赖性通道，改变细胞膜的通透性，造成细胞内容物外泄而死亡。具体过程是抗菌肤分子通过其两亲性α-螺旋上的正电荷与细菌细胞质膜磷脂分子上的负电荷之间的静电吸引而结合在质膜上，紧接着抗菌肤分子中的疏水端插入到质膜中，之后α-螺旋也插入到质膜中，这样就打乱了质膜上蛋白质和脂质原有的排列秩序，使细菌失去了膜势，不能保持正常的渗透压而死亡[11]。图1抗菌肽的作用机理多数抗菌肽对革兰阳性菌，革兰阴性菌及真菌有较广的抗菌活性，尤其对耐药菌株有明显的杀灭作用，且不破坏生物体细胞，无免疫原性[12]。Eduard等[13]研究发现，与静电聚肽相比，两亲性抗菌肽能够更迅速地攻击细胞膜的水脂界面，从而导致细胞膜失活。Verardi等[14]通过核磁共振光谱技术对distinctin的脂质电荷和两亲性进行分析，研究推断，高浓度的抗菌肽会对细胞膜产生破坏作用或形成空洞，而瓦解细胞是通过其他的机制完成的。也有学者认为抗菌肽作用于膜蛋白，蛋白质凝集失活，细胞膜变性，形成离子通道，改变了膜的通透性，从而阻碍生物大分子的合成。总之，抗菌肽是使细菌细胞质膜通透性增大而导致细菌死亡的[15]。对于不同类别的抗。

5、菌肽结构不同其作用机制可能不同，并且同一种抗菌肽也可能通过多种途径发挥作用，因此抗菌肽的作用机制仍需进一步深入研究[16]。2.2抗病毒活性抗菌肽对病毒的作用目前研究证明抗菌肽可以3种不同的机制起到抗病毒的作用[17]。第1种是通过直接与病毒粒子相结合而起作用。如防御素等对疱疹病毒用,Polyphemusins对人免疫缺陷病毒的作用。第2种是抑制病毒的繁殖，如蜂毒素和杀菌肽对人免疫缺陷病毒的作用。第3种是通过模仿病毒的侵染过程而起作用，如蜂毒素及其类似物K71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，而这部分序列在病毒颗粒组装中与RNA和蛋白质结合密切相关，这样蜂毒蛋白分子可以伪装成病毒包被蛋白，参与病毒合成被病毒RNA结合，导致RNA的构象改变，不能与正常蛋白质结合，病毒颗粒无法正常组装[18]。Dean等[19]通过密度梯度试验分析抗菌肽LL37对牛痘病毒的治疗作用，结果表明，抗菌肽可以有效地移除病毒细胞膜外膜而使细胞膜失活，这种失活作用机制与介导细胞膜结构破坏的地毯模型一致。研究发现，许多a防御素对单疙疹病毒、流感病毒和艾滋病病毒等被膜病毒有明显的杀伤力。Melit。

6、iin和Cecropins在亚毒性浓度下通过阻碍基因表达来抑制HIV-1病毒的增殖[20]。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。2.3抗真菌活性许多常见抗菌肽如cecropin、defensin家族等都具有抗真菌的活性。而其抗真菌活性一般比抗细菌活性要低，这主要是由于细胞膜的组成成分不同造成的[21]。当抗菌肽HP(2-20)上第16位和第18位的色氨酸(Trp)分别被谷氨酰胺(Gln)和天冬氨酸(Asp)替换后，其疏水性得到了增加，其抗细菌与抗真菌的活性也有了明显的提高作用[22]。Arenas等[23]对智利扇贝血细胞中分离和纯化出天然的抗菌肽。从初级结构分析，这个抗菌肽有47个氨基酸残基，其中25%为疏水氨基酸，并带有净电荷基于这些设计合成了一个由30个氨基酸组成、含38%疏水分子、净电荷为+5的抗菌肽；这个抗菌肽比先前天然的抗菌肽更具有活性，对鱼CHSE－214没有毒性。经过化学修饰的天然抗菌肽有可能成为传统抗生素的替代物，对于鱼在不同时期生长时控制寄生病理真菌具有非常重要的作用。Rahnamaeian等[24]报道一种由基酸残基组成、富含脯氨酸的。

7、抗菌肽在黑腹果蝇的脂肪中分离出来，这种抗菌肽对危害大麦的真菌（如禾谷镰刀菌）具有抵抗作用。从昆虫中分离出来的某些抗真菌抗菌肽对于抵抗某些特异性的植物疾病和提高谷类植物的产量是非常有价值的。死亡素（thanatin）是一种抗菌肽，具有广谱抗菌范围。Imamura等[25]将合成的死亡素基因转入到大米中，几株转化株表现出积极的抗真菌活性，对稻瘟病菌抵抗效果显著。2.4抗癌活性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。某些肿瘤细胞的细胞骨架系统不发达，细胞质膜易被天蚕素抗菌肤插入而形成离子通道，最终将肿瘤细胞破坏而达到治疗肿瘤的目的。天蚕素、爪蛙素、鼠天蚕素抗菌肽NP-1和NP-2及天蚕素抗菌肽HNP-1均表现出对肿瘤细胞如纤维瘤细胞、宫颈癌细胞、肺癌细胞等的杀伤作用。J.S.Yc等[26-28]研究发现白血病肿瘤细胞在抗菌肽作用下产生一系列的病理变化,造成细胞器高度肿胀，膜与胞质分离，细胞器和膜结构排列紊乱，线粒体肿胀、膨大、呈空胞化变性、膜局部结构破裂缺损，崩解成碎片。NivPapo等[29]设计出含15个氨基酸的肽，目标是雄激素依赖和非雄激素依赖人类前。

8、列腺癌细胞系(CL1、22RV1和LNCaP)。Wang等[30]对抗菌肽Polybia-MPI进行了研究，该肽对人白血病细胞有良好的抑制效果。当对细胞用该肽进行处理时，受损伤的细胞会分泌乳酸脱氢酶（LDH）。其结果显示，纤维原细胞分泌的LDH要远少于瘤细胞。这说明，该肽对正常细胞与癌细胞有一定的选择性。氨基酸替换实验证实了α-螺旋的溶血性与高疏水性、高两亲性、高螺旋度有关，而抗菌肽的抗菌活性与这些特征关联并不大[31]。Chang等[32]对抗菌肽TH1-5的抗癌作用进行了研究，结果发现TH1-5抗菌肽对几种肿瘤细胞的繁殖和克隆的形成具有抑制作用，如人白血病THP-1，肝癌HePG2和乳腺癌MCF-7细胞。而多聚MPI，一种阳离子螺旋抗菌肽，在体内具有选择性的抗癌效果。MPI-1对恶性肿瘤的转移抑制比MPI更有效[33]。因此，MPI-1在未来抗癌治疗方面具有非常好的应用前景。3应用现状分析3.1转基因研究运用化学合成方法对抗菌肽的氨基酸及核酸序列进行改良，来提高抗菌肽的杀菌的能力，这类研究己有一定的成效；同时在植物转基因工程方面现已成功的有抗菌肽基因导入水稻未成熟胚而获得转基因水稻。

9、，增强了对水稻白叶枯病和细条病的抗性。抗菌肽转基因植物方面的研究在模式植物烟草及马铃薯的研究较为成功，贾士荣等[34]将不同的抗菌肽基因转入马铃薯中，获得的这些基因的马铃薯青枯病发病延迟，病情指数低下，植株死亡率降低。此外，在其他农作物如菊花、毛白杨、番茄等在转基因抗菌肽方面也做了一些工作，并取得很大进展。将抗菌肽基因整合到农作物基因组中，是培育作物抗病新品种的有效手段。Yarus等[35]运用基因工程方法，把牛TAP基因导入小鼠乳腺，在小鼠乳中检测到了牛TAP的存在，说明乳腺能转录出相应的TAP抗菌肽类，且TAP重组体数量多，比基因工程法合成抗菌肽费用低。仔猪腹泻、奶牛乳房炎及各种病毒性疾病，如猪瘟、鸡新城疫等一直是棘手的疾病不利于畜牧业的发展。借鉴已成功的昆虫抗菌肽转基因工程如转基因蚊子、转基因马铃薯、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，从而产生抗病新品种不失为一条发展畜牧生产的新思路,前景深远。3.2饲料添加剂抗菌肽能耐受饲料制粒时的高温，规模化发酵生产时，经高温浓缩工序，可充分杀灭酵母菌体而不导致抗菌肽失活，产品在推广应用后不会出现工程菌的扩散而导致环境生态。

10、问题。抗菌肽杀菌机理独特，病原菌不易对抗菌肤产生耐药性，以工程菌工业化发酵生产抗菌肽，可大规模生产，周期短[36]。Marel等[37]研究表明，在饲料中添加β-葡聚糖可显著提高鲤鱼皮肤中β-defensin1和β-defensin2的表达量，说明β-葡聚糖通过影响鲤鱼的粘膜系统提高抗菌肽基因的表达，进而提高鱼体的先天性免疫能力。姜珊等[38]研究发现，在饲料中添加适量的重组抗菌肽能显著提高罗非幼鱼生长性能和部分免疫指标，但高剂量抗菌肽对罗非幼鱼生长性能和部分酶指标有抑制作用。皮灿辉等[39]在哺乳仔猪阶段使用抗菌肽，结果表明，抗菌肽组的死亡率为0.35%，而对照组的死亡率为2.36%，为抗菌肽组的7倍。结果表明，抗菌肽通过调节猪体免疫系统而显著提高了猪体健康状况。3.3药用开发细菌性疾病的防治是长期以来困扰着人类的难题，无论是人和动物医疗手术中的感染、创伤、创伤后的感染，还是植物所遭受的病原菌的侵害，都一直未能彻底解决。目前研究人员通过多条途径在动物或人体上对不同种类的抗菌肽进行了前临床研究和临床应用评价。如利用不同种类的抗菌肽治疗肺炎[40]、败血性休克[41]和口腔粘膜炎症[42]。