抗菌肽的药物开发与临床应用

抗菌肽的药物开发与临床应用

【摘要】抗菌肽是一种广泛存在于生物界的抵抗病原微生物入侵的小分子多肽，具有抗细菌、真菌、霉菌、病毒、原虫、癌细胞等多种活性，对多种癌细胞及动物实体瘤有明显杀伤作用。并具有抗菌广谱、作用强而迅速，是机体免疫防御的重要组成部分，不易产生耐药等众多优点。随着患者多耐药菌临床感染的日趋加重，抗菌肽成为一类潜力巨大的新型抗感染制剂。

【关键词】抗菌肽；药物开发；临床应用

抗菌肽(antimicmbia1 peptide，AMPs)是生物体防御系统产生的一类小分子多肽，广泛存在于植物、昆虫及哺乳动物中，不仅能够直接抑制和杀灭病原微生物，还具有多种免疫调节活性，在宿主抵抗病原体的侵入中起着非常重要的作用。人类抗菌肽主要包括抗菌素(cathe1icidins)和防御素(defensins)两大家族，具有广谱抗革兰阳性菌、革兰阴性菌、真菌及有包膜病毒的作用，并对某些耐药菌(如抗甲氧西林金黄色葡萄球菌)也具有杀菌活性[1]。这些抗菌肽除了具有病原体溶解活性以外，还具有抗肿瘤、促进细胞分裂以及作为信号分子的作用，抗生物肽由于分子量较小，具有良好的热稳定性和水溶性，广谱抗菌活性等特点，同时具有与抗生素完全不同的抗菌机理，已成为动植物的基因来源和新型抗菌、抗癌药物研究开发的重要候选者，其研究和应用已越来越成为人们关注的焦点[2]。抗菌肽有望开发成为新一代抗细菌、抗真菌、病毒和抗癌药物，其具有高效的抗菌活性和极低的耐药性。

1抗菌肽的结构特点

1.1抗菌肽的早期发现：早在几个世纪以前,人类就知道蛙皮有药用价值。直到1962年Kiss和Michl在铃蟾皮肤分泌物中发现一些能抗菌而且具血溶性(能破坏正常人体红血细胞)的肽类,并从中分离出由22个氨基酸组成的铃蟾抗菌肽(bombinin),人们才了解蛙皮之所以具有如此大的功效,是由于含有抗菌肽之类的活性物质。1972年,有人从蜜蜂的毒液中分离到蜂毒素(melittin)之后,人们开始对抗菌肽的结构和功能进行了研究。

在植物界中,抗菌肽的发现更早。大约50多年前,人类已从植物中分离到硫素(thionin),实验表明,它们在体外能抑制细菌及真菌的生长,但直到1972年才第一次证实硫素可以杀死许多种病原菌,对植物具有保护功能。

目前,国内外学者已经发现分离了2 000多个抗菌肽。有的种类分布极广,如防御素(defensin)在植物、昆虫及哺乳动物体内都有分布。近年来,还从猪小肠中分离到与抗菌肽相似的肽(cecp)[3]。

1.2抗菌肽的分子结构：抗菌肽是一种小分子多肽,天然的抗菌肽通常由30多个氨基酸残基组成,碱性,含有4个或4个以上带正电荷的氨基酸,N端亲水,C端疏水.水溶性好,分子量约为4KD。大部分抗菌肽具有热稳定性,在100℃加热

10~15min仍能保持其活性;等电点大于7,对较大的离子强度和较高或较低的pH 值均具有较强的抗性.此外部分抗菌肽具备抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶水解的能力[4]。根据抗菌肽的结构，可将其分为5类[5]。①单链无半胱氨酸的抗菌肽，或由无规则卷曲连接的两段α-螺旋组成的肽，包括天蚕素、Magainins等。Magainins 由2条紧密相连的肽链组成，每一条肽链有23个氨基酸残基，低浓度便可抑制许多细菌和真菌生长。②富含某些氨基酸但不含半胱氨酸的抗菌肽。如富含脯氨酸或甘氨酸的抗菌肽。从猪肠内分离的抗菌肽PR239的脯氨酸含量占总量的49%；鞘翅肽（coleoptericin）和半翅肽（hemiptericin）的全序列中富含甘氨酸。

③含1个二硫键的抗菌肽，该二硫键的位置通常在肽链C端。如爪蟾皮肤细胞中产生的brevinins。④有2个或2个以上二硫键，具有β2折叠结构的抗菌肽。如绿蝇防御素，分子内有6个半胱氨酸形成3个分子内二硫键，肽链C端是带有拟β2转角的反向平行的β片层。实验证明，分子中的二硫键在其抗菌作用中至关重要。⑤由其他已知功能的较大的多肽衍生而来的具有抗菌活力的肽。

2抗菌肽的药物开发优势

2.1抗菌肽在肿瘤治疗上的应用

肿瘤治疗是医学界的热点和难点，抗菌肽对肿瘤细胞作用主要在能特异性地抑制某些肿瘤细胞的生长,而对正常人体细胞无害,且不产生耐药性。对晚期肿瘤采取的传统放疗或化疗都不可避免地会造成造血系统和消化系统的损害，对免疫系统造成进一步的打击，并且不能完全清除残存的肿瘤细胞。抗菌肽在杀伤肿瘤细胞的同时不会对细胞及免疫系统造成损害，这无疑是人类征服肿瘤的一大福音。已有关于抗菌肽对宫颈癌细胞、直肠癌细胞及肝癌细胞有杀伤作用的报道[6]。天蚕素、爪蛙素、鼠抗菌肽NP21和NP22及人抗菌肽HNP21均表现出对肿瘤细胞如纤维瘤细胞、宫颈癌细胞、肺癌细胞等的杀伤活性。美国马盖宁制药公司现已开发出2种用于肿瘤治疗的抗菌肽类新药MagaininⅡ、Ⅲ，进入临床Ⅲ期研究[7,8]。

2.2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[9]。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[10]。本研究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的作用。

2.3抗菌肽在系统感染治疗上的应用：抗菌肽对系统感染也有疗效。人工合成的CAP-18对绿脓杆菌引起的腹部感染有疗效, protegrin能抑杀对二甲氧基苯青霉素产生耐药性的金黄色葡萄球菌,及对万古霉素产生耐药性的肠道球菌和绿脓杆菌; indolicidin可抵御曲霉菌感染。多黏菌素(主要是多黏菌素B和多黏菌素E)和短杆菌肽S(gramicidin S1是最早应用于临床的抗菌肽制剂，能够有效治疗由多药耐药铜绿假单胞菌和不动杆菌引起的感染。然而用于全身抗感染治疗时，这