昆虫抗菌肽的研究进展

昆虫抗菌肽的研究进展

王国昌1,梁海燕2,薛萍2　(1.河南科技学院植物保护系,河南新乡453003;2.新乡医学院公共卫生学系,河南新乡453003)

摘要　昆虫虽然没有完善的免疫防御体系,但却具有高效的无细胞免疫系统。昆虫抗菌肽是昆虫免疫后血淋巴中的一类抗菌多肽,它具有分子量小、热稳定、水溶性好、无免疫特性、抗菌谱广和抑制肿瘤细胞等特点。对昆虫抗菌肽的结构、作用机理及存在的问题的最新进展作一综述。

关键词　昆虫抗菌肽;结构;作用机理

中图分类号　Q516 文献标识码　A 文章编号　0517-6611(2006)13-2939-01

Recent Research Adv ance in the Insect A ntibacterial Peptide

W A NG Guo-chang et al　(Dep artment of Plant Protecti on,Henan In stit ute of Scien ce and Technology,Xinxian g,Henan453003)

A bstract　In sect antibacterial peptide is a kind of bioactive peptide in hameolymp h for insect im mu nizati on.These peptides have the wide range of an-tibacterial,antiviral spectrum an d inhi bitin g growth of tu mor cell.The structure and action mechanism of ins ect an tibacterial peptides were su m marized. Key w ords　Insect antib acterial peptide;Structure;Action mechanism

昆虫是自然界中数量众多、分布广泛和适应性很强的生物类群,在漫长的生物进化历程中,逐步形成了自己独特而高效的防御机能。而抗菌肽就是配合多功能的昆虫血细胞建立起的一个开放完整的防御系统的关键成分。

昆虫抗菌肽(antibacterial peptides)是指昆虫在诱导的情况下,体内某些细胞的特定基因编码产生的一类小分子多肽。现在,它被认为是从细菌到高等哺乳动物普遍存在的一类防御性多肽,称之为“第二防御体系”。抗菌肽不仅抗菌谱广,而且可以抑杀某些真菌、细菌、病毒及原虫,并对多种癌细胞及动物实体瘤有明显的杀伤作用,不会破坏正常细胞。近年来,对昆虫抗菌物质的研究,特别是对昆虫抗菌肽的研究己成为一个迅速发展的新领域,越来越引起人们的关注和重视。

1　昆虫抗菌肽的分子结构及种类

昆虫抗菌肽是昆虫体内某些细胞的特定基本编码产生的一类小分子多肽,由30～40个氨基酸残基组成,分子量为3.0～4.0kD。因其自身独特的分子结构,而使它具有分子量小、热稳定性、碱性强、水溶性好和抗菌谱广等特点[1]。

昆虫产生的抗菌多肽是昆虫免疫的效应物。昆虫的抗菌肽属阳离子碱性多肽,大致可分为4类:第1类是天蚕素,含有31～39个氨基酸残基,一般不含有半胱氨酸,由鳞翅目和双翅目昆虫产生。第2类是昆虫防御素,含有38～43个氨基酸残基,其结构与动物和某些植物的防御素相似。防御素大量存在于昆虫血淋巴液中,至今己在双翅目、鞘翅目、膜翅目、半翅目和蜻蜓目中发现了30多种防御素,主要杀死革兰氏阳性菌。最近从果蝇中分离到抗菌多肽(dr osomvc in),有38%的氨基酸序列与植物防御素相似,表明其与植物多肽的进化有一定的同源关系。第3类是分子量为2～4kD富含脯氨酸和精氨酸的抗菌肽,如从意大利蜜蜂中分离到的蜜蜂肽(apida ecin和abaec in,分子量分别为2.0和4.0kD)等,该类抗菌肽主要抑制革兰氏阴性菌。第4类是分子量为8～30kD,富含甘氨酸的蛋白,如从麻蝇幼虫体内分离到的麻蝇毒素I I (sarc otoxin II,分子量约为27kD),从绿蝇幼虫、黄粉虫幼虫虫

基金项目　河南科技学院高层次人才启动基金项目(0316)。

作者简介　王国昌(1977-),男,山西襄汾人,讲师,从事农业昆虫与害虫防治研究。

收稿日期　2006-03-22体中分离到的双翅肽(dipteric in,分子量约为9kD)和鞘翅肽(c ole opte ric in)等,这些大肽间相互关系较远,属樗蚕素( attac in)的超家族成员[2]。

2　昆虫抗菌肽的作用机理

昆虫抗菌肽的高级结构尚处于研究阶段,但诸多科学工作者对其作用机理已进行了许多卓有成效的探索。

2.1　细胞膜电势依赖通道　构成抗菌肽分子的氨基酸大多数带正电荷,分子通过正电荷与细菌胞浆磷脂分子上的负电荷形成静电吸附而结合在脂质膜上。继之,抗菌肽分子中的疏水端借助分子链的柔性插入到质膜中,进而牵引整个分子进入质膜,扰乱质膜上蛋白质和脂质原有排列秩序,再通过抗菌肽分子间的相互位移而聚合形成跨膜离子通道,在质膜上形成跨膜离子通道后,导致胞内离子大量流失,最终细胞不能保持其正常渗透压而死亡。1996年L ockey利用电子显微镜和免疫胶体金技术观察到天蚕素(c ecr opin)A结合到大肠杆菌膜上形成9.6nm直径的病灶,其孔径为4.2nm,孔洞导致胞内容物外泄,细菌死亡,这为电势依赖性通道的形成提供证据。

关于离子通道形成的具体过程,不同研究者提出了几种模式,但无论何种模式,公认的是抗菌肽的作用部位是细菌的细胞膜。抗菌肽作用的结果是导致细菌细胞膜通透性增大,抗菌肽使细菌质膜上形成离子通道有时间和电压依赖性。

2.2　抗菌肽的抑制细胞呼吸作用学说　Fe hlhaum等(1996年)研究发现,昆虫防御素类(tha na tin)在0.3～0.6μmol/L时,对大肠杆菌表现出强烈的杀菌作用。但当其浓度提高到70μmol/L时,仍然检测不到细胞内钾离子的泄漏,这表明昆虫防御素不是通过改变细胞膜通透性来杀菌的。当利用40μmol/L的昆虫防御素处理细菌l h后,可检测到细胞的呼吸作用变弱,6h后细胞呼吸作用完全停止。根据上述结果推断昆虫防御素是通过抑制细胞的呼吸作用来杀菌。

2.3　其他作用机制

(1)抑制细胞外膜蛋白的合成。Carsson等(1991年)研究发现,attac in能够干扰大肠杆菌细胞外膜蛋白Omp C、Omp F、O mp A和La m B基因的转录,使这些蛋白质含量减少,从而

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安徽农业科学,Journal of Anh ui Agri.Sci.2006,34(13):2939,2943 责任编辑　孙红忠　责任校对　孙红忠DOI:10.13989/ ki.0517-6611.2006.13.002