科研综述

抗菌肽对天然免疫细胞的作用之综述

摘要：抗菌肽来源广泛,具有对热稳定、水溶性好、无免疫原性、广谱抗菌等特点,抗菌机制特殊,不同于传统抗生素,不易产生耐药性,对细菌、病毒、真菌、寄生虫及肿瘤细胞均有杀灭和抑制作用。抗菌肽的开发及应用已成为近年来研究的热点,在基因工程、医药开发及畜牧等多方面都有涉及。

关键词：抗菌肽、发展状况、作用机理、现状、前景

前言

抗菌肽，又称抗菌生物肽或肽抗菌素，是生物体内经诱导产生的一种具有生物活性的小分子多肽，分子量在2000～7000左右，由20～60个氨基酸残基组成。这类活性多肽多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌等特点。随着抗菌肽越来越多的优点被发现，人们对它的关注和研究也越来越多。

抗菌肽是一类免疫效应因子,在机体的先天免疫中起着重要的作用,是生物体产生的一种具有抗菌活性的多肽。抗菌肽有着独特的抗菌、抗肿瘤作用机制,且对正常人体细胞毒、副作用较小,不会诱导病原体产生耐药株,药效极高,是迄今为止极为少见的一类抗菌、抗肿瘤物质。【1】目前,从昆虫以及其他动物中分离纯化到2000多种,其中从昆虫中就发现了200多种。

昆虫抗菌肽是指昆虫在受到刺激或感染后,由昆虫血淋巴产生的一类具广谱抗菌活性的多肽类物质。昆虫抗菌肽通常带正电荷,具两亲性,为阳离子多肽,长度为几十个氨基酸,线性或带有环状结构,环

状结构是由一对或多对半胱氨酸残基相连而成的。在完全变态的昆虫中,抗菌肽由脂肪体和各种上皮细胞快速合成并分泌到血淋巴中;而在非完全变态昆虫中,抗菌肽先是在健康的昆虫血细胞中合成,在受到刺激或感染后,才分泌到血淋巴中。【2】

昆虫是种群最大的生物种类,抗菌肽的数量难以估量。现在,仅在鳞翅目、双翅目、鞘翅目和蜻蜓目等8个目的昆虫中发现超过200多种昆虫抗菌肽类物质,仅从家蚕这一种昆虫获得了40个抗菌肽基因。根据其氨基酸的组成和结构特征,昆虫抗菌肽主要分为4类:天蚕素类抗菌肽(cecropins)(属线性α-螺旋阳离子肽)、昆虫防御素(insect defencins)(富含半胱氨酸的抗菌肽)、富含脯氨酸的抗菌肽(proline-rich peptides)和富含甘氨酸的抗菌肽(glysine-rich peptides)。

1 状况发展

1950年在弗莱明发现青霉素的同时, 在血细胞中首次发现了具有广谱抗菌活性物质的存在。随后在巨噬细胞中发现了可以对感染发生作用的细胞内的阳离子抗菌肽, 其作用与昆虫的先天免疫细胞相同。1974年, 瑞典科学家G. Bom an等向眉纹天蚕蛾 ( Sam i a Cynthia )蛹注入大肠杆菌后, 在血淋巴细胞中发现了一种具有抗菌活性的碱性多肽类物质, 随后诱导惜古比天蚕 ( Hyalop hra Cecrop ia )蛹也发现了类似的抗菌活性物质。1981年, 这种具有抗菌活性的物质被命名为 cecrop i n, 这是人们第一次真正意义上发现抗菌肽。 1983年 Lehrer和 Se l sted从兔的肺巨噬细胞中纯化出两种

抗菌肽, 随后被命名为 defens i ns。在随后的研究中,从哺乳动物、两栖类、鱼类、昆虫类、鸟类和植物中均发现了抗菌肽。

抗菌肽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。最初，人们在研究北美天蚕的免疫机制时，发现其滞育蛹经外界刺激诱导后，其血淋巴中产生了具有抑菌作用的多肽物质，这类抗菌多肽被命名为天蚕素(Cecropins)。后来，从其他昆虫以及两栖类动物、哺乳动物中，也分离到结构相似的抗菌多肽。迄今为止，在不同动物组织中已发现了很多具有抗菌作用的蛋白质和多肽，已有70多种抗菌多肽的结构被测定，抗菌肽的概念得到了极大的扩展。

2 作用机理

昆虫受伤后能诱导血细胞和脂肪体迅速产生并释放大量不同组分抗菌肽进入血液,杀死外来细菌,这些抗菌肽合成类似于免疫应答反应和哺乳动物急性期反应。这些基因的表达受κB相关模式调控元件,与哺乳动物中相类似的调节编码免疫和应急期蛋白基因的NF-κB 相关的反式激活蛋白二者共同调控。当抗菌肽基因在体内通过细菌的脂多糖类(lipopolysaccharides,LPS)或死亡的细胞诱导表达时,外来的刺激信号激活转录激活因子NF-κB,激活的NF-κB识别并结合到抗菌肽基因5′B-上游的一段特定区域,从而激活抗菌肽基因的表达[4,5]。表达后产生的抗菌肽在水溶液中没有稳定的构象,只是在结合或接近细胞膜时才形成高级结构。对此有学者分别提出各自的观点:Merrifield等认为,当抗菌肽与细胞膜疏水区域接触时,整个分子

(从N端到C端)诱导出两亲性螺旋,抑菌过程可能首先是抗菌肽N端的带电氨基酸与细胞膜的极性集团静电吸引,并形成α-螺旋,沿螺旋轴翻转,嵌入细胞膜,破坏膜结构。Fink等研究表明,抗菌肽N端(残基1~11)形成两亲性螺旋,中间部分(残基12~24)形成弹性转角,C端形成疏水螺旋。当抗菌肽作用于细胞膜时,C端疏水螺旋插入膜中,N 端结合在膜表面,中间由弹性转角相连。Christensen等提出,抗菌肽通过静电作用被吸引到膜表面,然后疏水性尾巴插入细胞膜中的疏水区域,通过改变膜构象,多个抗菌肽聚合在膜上形成离子通道。【3】

3 抗菌肽在先天性免疫中的作用

先天性免疫是提供给有机体对抗致病微生物侵袭的快速的第一道防线。由于抗菌肽可以对多种致病微生物快速发挥功能,所以宿主来源的抗菌肽一直被认为是机体的天然抗生素,其特点是来源多样, 并且参与先天性免疫的各个环节而成为新的治疗药物的设计基础。Territo等首次证明,defensins是人类单核细胞的趋化因子。Scott 等发现了可以选择性地调节先天性免疫反应的抗菌肽。Scott设计的13个氨基酸的非毒性多肽IDR1(KSRI PAIP SLLNH2)可以减弱促炎症细胞因子的产生,同时促进单核细胞的选择性聚集,增强和维持单核巨噬细胞炎症趋化因子水平。感染或损伤处所分泌的Cathelicidins和defensins对效应细胞具有趋化性,诱导化学激活素的转录及分泌和肥大细胞的组胺释放,这些反应共同促进先天的及获得性免疫细胞的补充。Cathelicidin家族的抗菌肽能够抑制致炎细胞因子如TNF, IFNr和 IL6的相关基因转录、促炎症反应物质