海洋无脊椎动物抗菌肽研究进展及其在食品保鲜中的应用

·综述与专论

·生物技术通报

BIOTECHNOLOGY BULLETIN

2011年第3期

海洋无脊椎动物抗菌肽研究进展及其在

食品保鲜中的应用

宫晓静

1，2

吴燕燕

1

（1中国水产科学研究院南海水产研究所，广州510300；2上海海洋大学，上海201306）

摘

要：

海洋无脊椎动物抗菌肽抑菌广谱，稳定性高，且对生物体本身无害，其应用日益引起大量研究者的关注。综述了抗菌肽的几种类型、抑菌机理，介绍了海洋无脊椎动物抗菌肽研究进展、存在的问题并分析其在食品保鲜中的应用前景。

关键词：

海洋无脊椎动物抗菌肽

抑菌机理

结构

活性

食品保鲜

Review on Research Progresses and Application in the Food Preservation of

Antimicrobial Peptides from Marine Invertebrates

Gong Xiaojing 1，

2

Wu Yanyan 1

（1South China Sea Fisheries Research Institute ，Chinese Academy of Fishery Sciences ，Guangzhou 510300；

2

Shanghai Ocean University ，Shanghai ，201306）

Abstract ：Antimicrobial peptides from marine invertebrates are wide bacteriostatic ，high stability and harmless to organism．So

their applications have attracted large researchers ’attention day by day．Reviews on the several types ，

mechanism of antimicrobial ，the updated research progress ，actual problems and the application in the food of antimicrobial peptides from marine invertebrates were elu-cidated．

Key words ：

Antimicrobial peptides from marine invertebrates Bacteriostatic mechanism Structure Activity Food preservation

收稿日期：2010-09-14基金项目：海南省重点科技项目计划项目（070121，

ZDXM20100005）作者简介：宫晓静，女，硕士研究生，研究方向：海洋生物资源利用；E-mail ：xiaojinggong@163．com 通讯作者：吴燕燕，女，研究员，研究方向：水产品加工与质量安全；E-

mail ：wyy1028@tom．com 抗菌肽（antimicrobial peptides ，

AMPs ）是一类抗菌活性肽的总称。自1980年瑞典科学家Boman 等

［1］

首次在美国天蚕蛹中分离出第一种特殊抗菌活性肽天蚕素（cecropin ）以来，到目前为止，已经鉴定的抗菌肽达1000种以上，并且数量还在持续迅猛增长，最新数据可到国际上最权威的抗菌肽数据库（http ：//www．bbcm．univ．trieste．it / tossi ）查询。

从天然产物中获得抗菌肽并应用于工业，特别是食品保鲜防腐方面的研究是目前国内外的研究热

点。海洋生物种类高达300－500ˑ106［2］

，其中海洋

大型动物种类有0.5－10ˑ106［3］

。海洋无脊椎动物，由于其单独依靠体内免疫机制抵抗入侵细菌或病原体，因此內源性抗菌肽丰富，成为开发天然抗菌

肽的重要资源。

1抗菌肽的分类

大多数抗菌肽是小分子短肽（≤10kD ），其三

维结构可用普通的二维核磁共振法获得。根据抗菌肽的核磁共振结构及其氨基酸序列，可将抗菌肽分为5类。1.1α-螺旋抗菌肽在海洋无脊椎动物抗菌肽中，这类分子的典型

代表是Clavanins ，

是1997年Lee 等［4］

从柄海鞘（Styela clava ）的血细胞中分离得到的，含有一或两个α-螺旋结构，无半胱氨酸残基，具有高效的抗菌活性，但对哺乳动物无细胞毒性。1.2富含半胱氨酸的抗菌肽

大多数海洋无脊椎动物防御素都富含半胱氨酸，形成一个或多个分子内二硫桥。例如，从贻贝Mytilus

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edulis中分离得到的防御素（MGD），包含8个半胱氨酸，形成4个分子内二硫桥，二硫桥的位置是C4－C25、C10－C33、C14－C35和C21－C38［5］。

1.3β-折叠抗菌肽

鲎素（tachyplesins）和美洲鲎素II（polyphemusin II）属于β-折叠抗菌肽，是由20个氨基酸残基组成，分子内形成一个单一的β-发卡结构，并包含1或2个二硫键［6］。

1.4不规则氨基酸组成的抗菌肽

有些抗菌肽富含一个或多个特殊氨基酸，这些抗菌肽的结构构象与规则的α-螺旋或β-折叠不同，呈现无规则卷曲结构。例如，从凡纳对虾血细胞中分离的对虾肽Penaeidins富含脯氨酸，核磁共振结构研究发现，对虾肽中脯氨酸无规则排列，形成一个无规则的卷曲结构［7］。

1.5含稀有修饰性氨基酸的抗菌肽

少数由稀有修饰性氨基酸组成的抗菌肽在海洋无脊椎动物中异常罕见，大多是从细菌中分离得到的。deVos等［8］从乳酸乳球菌中分离的乳酸链球菌肽（nisin）就是这种抗菌肽，由稀有修饰性氨基酸羊毛硫氨酸、3-甲基羊毛硫氨酸、脱氢丙氨酸和脱氢酪氨酸组成。该类抗菌肽抑制G+菌，由于经过翻译后修饰，导致它们没有确定的结构构象。

2抗菌肽的抑菌机理

有关抗菌肽的抑菌机理表明，抗菌肽存在多种抑菌模式，但其共同点是抗菌肽只有接近或接触细胞膜时才具有抑菌功效。一般认为，抗菌肽的两亲性螺旋结构与细胞膜上的磷脂头簇电荷相互作用，有选择性的破裂细胞膜，使靶细胞内容物外泄致死，或进入靶细胞内部，阻止蛋白质合成而致死靶细胞，从而达到抗菌的作用。抗菌肽与细胞膜作用主要采用两种模式：第一种是“桶木”模式［9］，抗菌肽的两亲性α-螺旋簇作用细胞膜，形成跨膜渠道，它们的疏水表面与膜类脂中心作用，而亲水表面插入内部形成水孔；第二种是“地毯”模式［10］，抗菌肽首先插入靶细胞膜表面，然后以毯式法覆盖靶目标，高浓度的抗菌肽与膜外磷脂头簇作用而导致膜渗透。对于G+菌，抗菌肽结合膜表面肽聚糖层而穿透质膜。而对于G－菌，则与外膜上的带负电脂多糖相互作用而破坏外膜。一般情况下，免疫反应后仍会有一部分抗菌肽继续留在细胞内，以防止病原体的复生或杀死残留病原体，抗菌肽的作用机制，让细菌很难产生抗性，这对于开发新型抗菌肽防腐剂很重要。

3海洋无脊椎动物抗菌肽研究进展

3.1甲壳动物抗菌肽

甲壳动物抗菌肽主要存在于血细胞中。1972年，Stewart等［11］发现鳌龙虾的血浆具有抑菌活性；1978年，Mori等［12］发现鳌龙虾的肝胰腺具有同样的抑菌活性。依据这些发现，White等［13］推测甲壳动物血液中致病微生物的控制受血细胞介导。10年后，Destoumieux等［14］证实这一推测，他们从凡纳对虾（Penaeus vannamei）血细胞中分离出对虾肽Penaeidins（Pen-1、Pen-2和Pen-3），其氨基酸残基为19－21个，分子量为5.48－6.62kD，N端富含脯氨酸，C端是一个含3个分子内二硫键的稳定结构域［7］。对虾肽对G+菌有强烈的抑制作用，而对G－菌的抑制性较弱，并具有广谱抗真菌活性［15］。Cuth-bertson等［16］从白滨对虾血细胞中化学合成了Pen-4，除具有Pen-1、-2、-3的性质外，其自身还有独特的活性，即抑制G+菌的高效专一性。Margherita等［17］从大西洋对虾Litopenaeus schmitti和Farfantepenaeus paulensis的血清cDNA文库克隆出5种对虾肽，其结构分别类似于Pen-2、-4。近几年，关于Penaeidins 结构及功能的研究多不胜数，具体信息可到PEN-base查询。

Schnapp等［18］从岸蟹（Carcinus maenas）中分离出富含脯氨酸的抗菌肽，分子量为6.5kD，序列与Bactenecin-7大致相似，具有广谱抗菌性。Relf等［19］从岸蟹中分离出富含半胱氨酸的抗菌肽，分子量为11.5kD，含有一个二硫键，对G+菌有专一抗性。

1982年，Aketagawa等［20］在中国鲎和美洲鲎血细胞溶解产物中发现一种可以抑制鲎血淋巴凝固的阳离子抗脂因子，经测定该抗脂因子强烈抑制R-G－菌的生长，并具有溶血活性，自此，开辟了人类研究海洋鲎抗菌肽的道路。直至1988年，日本学者Nakamura等［6］首次在鲎血细胞中发现第一种海洋生物抗菌肽鲎素（tachyplesin）。该肽由17个氨基酸残基组成，C端α-精氨酰胺化，4个半胱氨酸，2个二硫键，具有紧密的发卡结构（图1）。在低浓度下鲎素能与细菌脂多糖结合而抑制细菌生长，并对

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