抗菌肽概况

抗菌肽概况

1.1 抗菌肽的基本概况

抗菌肽又称抗微生物肽(antimicrobialpeptide)或肽抗生素(peptide antibiotics)，在动植物体内分布广泛，是天然免疫防御系统的一部分。

抗菌肽是近年来发现的广泛存在于自然界的一类阳离子抗菌活性肽。越来越多的证据表明它们在宿主先天性免疫和适应性免疫中有着重要的作用。目前国内外对抗菌肽的研究开发正不断深入。

抗菌肽(antibacterialpeptides)广义上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。抗菌肽是由生物细胞特定基因编码，经特定外界条件诱导产生的一类多肽。

1972年，瑞典科学家Boman对惜古比天蚕(Hyalophoracecropia)蛹注射蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus)，首次发现了抗菌肽cecropin。此后，对抗菌肽的研究取得了很大的进展，目前在昆虫、植物、哺乳动物、病毒、两栖类以及人类中已发现类似的抗菌活性物质达2000多种。抗菌肽广泛存在于动物的免疫细胞(如吞噬细胞)、各种脏器的粘膜、皮肤以及植物的花、果、叶中。

有专家推测，抗菌肽在进化意义上最早可能参与了早期真核细胞的噬菌作用，这种作用既是细胞自身防御的需要，而且有可能通过降解微生物为自身生长提供需要的营养，并且最终在生物进化过程中作为防御分子被保留下来。

由于抗菌肽具有小分子的特点，可以快速合成并易于大量存储，与特异性免疫反应相比能更加迅速地对病原菌作出反应，使其成为生物机体先天性非特异性防御系统的重要组分，此外，抗菌肽还具有稳定、水溶性好、抗菌机制独特、对高等动物正常细胞无害等特点，显示了在医学和农业上潜在的研究价值和应用价值。

近年来，有关抗菌肽及其应用逐渐成为动物学、植物学、药理学及生理学等领

域的研究热点。

1.2 抗菌肽的理化性质

包括细菌、真菌、昆虫、被囊动物(tunicate)、两栖类动物、甲壳类动物、鸟类、鱼类、哺乳动物(包括人类)以及植物在内的所有生物体都可产生抗菌肽。在哺乳动物中，抗菌肽(如defensins)是嗜中性白细胞的主要蛋白成分(占总蛋白10%--18%)。在损伤黏膜表面抗菌肽的浓度升高，成为黏膜防御的重要物质。

抗菌肽是由10--50多个氨基酸残基组成的小肽，其相对分子质量较小(4KD左右)。

多数抗菌肽的水溶性较好，其N端亲水，C端疏水，具有双亲的性质，末端都是酰胺化的，水溶性好，分子量大约为4kD。

多数抗菌肽的等电点>7，等电点在8.9--10.7之间，具有较强的阳离子特征。

抗菌肽耐热性高，许多抗菌肽在100℃，30min仍能保持较强的抗菌活性。郭玉梅等(1995年)报道，家蚕抗菌肽在121℃、1.5×105Pa的高温高压下处理30min仍能保持原有活性，说明抗菌肽具有热稳定性。

抗菌肽对原核生物细胞的杀菌活性很高，对正常真核生物细胞无毒性。

抗菌肽在较大的离子强度和较低或较高的pH值下仍可保持较强的活性。此外，部分抗菌肽还有抵抗胰蛋白酶和胃蛋白酶水解的能力。

抗菌肽广谱抗菌，单一一种肽可抑杀多种细菌、真菌，还可杀死某些寄生虫，对多种癌细胞及动物实体瘤有明显的杀伤作用，甚至对含包膜的病毒都能起作用；另外，还能加速免疫和伤口愈合过程。

抗菌肽的作用对象虽种类繁多，但有一点是相同的，都含有膜成分。抗菌肽发挥防御作用的基础在于微生物细胞膜结构的特点，这些特点是动植物所不具备的，这方面的研究使人们对抗菌肽的认识更深入，也促使人们创造新的抗感染疗法。

1.3 抗菌肽的分类

目前抗菌肽的分类方法有许多种，可以根据其作用机制、来源、组成、结构特征等进行分类。

1.3.1 抗菌肽按来源分类

最早的抗菌肽分类依据是抗菌肽的来源，在某生物体分离鉴定即命名为某抗菌肽。如：植物类抗菌肽、昆虫类抗菌肽、两栖类抗菌肽、哺乳动物抗菌肽等。

1.3.1.1 哺乳动物类抗菌肽

哺乳动物抗菌肽广泛存在于嗜中性白细胞、粘膜和皮肤等。例如，在猪肠中存在富含pro-arg，相对分子质量为471.9ku的PR-39肽、Cecropin P1、有78个氨基酸残基的NK-lysin、在猪白细胞中分离出5个小分子抗菌肽，它们仅含16～18个氨基酸残基；在绵羊中至少已发现10种抗菌肽基因；牛中至少已发现30种抗菌肽；另外，牛奶中也分离到3种抗菌肽，它们具有抑制肠毒性大肠杆菌，单核细胞增多性李氏杆菌的生长。

防御素是哺乳动物中研究最多的抗菌肽,包括两大类:α-防御素和β-防御素。主要存在于哺乳动物的白细胞、吞噬细胞或小肠的潘氏细胞中，特别是在嗜中性白细胞中。防御素通常由27～54个氨基酸残基组成，通过保守半胱氨酸构成3个稳定的链内二硫键使肽环合形成稳定的反向平行的β片状结构。

哺乳动物防御素具有保守的6个半胱氨酸，能形成3个稳定的链内二硫键，这也是区别其他抗菌肽的主要特征之一。

防御素抗微生物谱比较广泛，包括革兰氏阳性菌和阴性菌、分枝杆菌、螺旋体、真菌和一些被膜病毒，此外，对恶性细胞也具有毒杀作用。

1.3.1.2 昆虫类抗菌肽

从天蚕的免疫血淋巴中分离得到的高效抗菌肽Cecropins是最早发现的抗菌

肽。此后在许多昆虫中也鉴定出有

现了一个Cecropin，这可能暗示Cecropins广泛存在于动物中。

Cecropins 对各种大肠杆菌和其他革兰氏阴性细菌，如沙门氏菌，具有很强活性，且对某些革兰氏阳性菌也具有杀伤活性，但对霉菌和其他真核细菌无细胞毒性作用。Cecropins为一线性阳离子肽家庭，链长35～40个氨基酸残基，而Ｃ-末端最后一个残基的羧基酰胺化。Cecropins的ｃDNA序列分析显示其前体分子含62～64个氨基酸残基，而Ｃ-末端最后一个残基的羧基酰胺化。Cecropins的ｃDNA序列分析显示其前体分子含62～64个氨基酸残基，具有保守的信号序列和前导序列。该基因在蚕中有3个，果蝇中有4个。损伤和感染时诱导该基因表达。如注射细菌碎片或LPS后几小时内昆虫脂肪细胞中特异性ｍRNA大量增加,24ｈ内即可在血淋巴液中检测出Cecropins。天然免疫细胞膜受体识别微生物成分后,通过Toll通路而激活NF-KB样子。

蜂毒溶血肽是蜜蜂毒液中的一种多肽,由26个氨基酸残基组成,其分子量为2480Ｄ。蜂毒溶血肽可直接与红细胞的膜脂作用具有较强的溶血作用。Apila是从蜜蜂体液中提取的一种短肽,由18个氨基酸组成,具有高效广谱的抗菌作用而对真核细胞无毒性。

1.3.1.3 蛙类抗菌肽

Zaslff在非洲爪蟾皮肤中发现了小分子抗菌肽，称为Magainins。此后相继发现了多种蛙类抗菌肽，如在非洲爪蟾中就有十多种抗菌肽，不仅在皮肤颗粒腺表达，也有存在于胃粘膜和小肠道细胞。蛙类抗菌肽具有协同效应，但不同的蛙类抗菌肽很少具有同源性。

1.3.1.4 植物类抗菌肽

Thionins是最早从植物中分离的抗菌肽。它们对革兰氏阳性菌、阴性菌、真菌、酵母及哺乳动物细胞均有毒性。其他一些结构上与昆虫、哺乳动物防御素结构相似的植物抗菌肽，称为植物防御素。