抗菌肽基因及研究进展

抗菌肽基因及研究进展

摘要抗菌肽是昆虫先天性免疫系统中十分重要的效应因子，近年来一直是昆虫免疫学研究的热点。家蚕作为鳞翅目昆虫的代表，其抗菌肽研究取得了长足进展。根据过去研究获得的抗菌肽基因，并利用这些序列在家蚕基因组中进行同源搜寻，共发现了40个家蚕抗菌肽基因。这些基因编码的多肽在大小、氨基酸组成和性质上差异很大，但基于结构性质可以分成3类：(1)具有α-螺旋结构并且缺乏半胱氨酸(Cysteine,Cys)的线性抗菌肽；(2)富含脯氨酸和/或甘氨酸的抗菌肽;(3)富含半胱氨酸的环形抗菌肽。本文将以这3类结构作为主线综述家蚕抗菌肽近年来的研究进展。

关键词家蚕；抗菌肽；结构

Antimicrobial Peptide Genes in Bombyx mori and Their Research Progress

SUN Wei1, SHEN Yihong1, XIANG Zhonghuai1, ZHANG Ze1，2

（1. The key Sericultural Laboratory of Agricultural Ministry, Southwest University, Chongqing 400716,China. 2. The Institute of Agricultural and Life Sciences, Chongqing 400030, China）

Abstract Antimicrobial peptides are the important effectors of the innate immune system in insects, which are always the hot research of the insect immune. Silkworm is the representative of the Lepidoptera, and the researches of antimicrobial peptides in silkworm make a great progress. A local BLAST search of the silkworm genome database identified 40 antimicrobial peptide genes. Though the peptides encoded by these genes have great differences in size, amino acid composition and properties, they could be grouped into 3 categories: (1) linear peptides formingα-helices and without cysteine residues;(2) cyclic peptides containing cysteine residues;(3) peptides with an overrepresentation in proline and/or glycine residues. The review presents the main researches in the field of antimicrobial peptides from silkworm with these three aspects during these years.

Key words Bombyx mori; antimicrobial peptides; structure

昆虫是一类进化上较为低等的动物，同时也是世界上种类和数量最多的动物。面对大量的外源微生物的侵害，虽然没有类似于哺乳动物的特异性免疫系统，但是仍然能够较好的生存，说明昆虫必定有对非特异因子产生免疫应答的高效先天免疫系统。昆虫的免疫系统由体液免疫和细胞免疫组成。细胞免疫主要是血细胞吞噬和消化外来异物,与高等动物类似。黑化反应也是昆虫重要的细胞免疫，血淋巴和血细胞中，当外源物侵入昆虫血腔时，激发了丝氨酸蛋白酶的级联反应形成黑色素。这样，当酚氧化酶沉积在外源微生物表面时，可形成能阻止其生长和运动并且将其与寄主组织隔离的黑化包囊[1]。

由于没有抗体和补体系统，昆虫的体液免疫与高等动物有明显差异，主要依赖血液中的抗菌肽和蛋白质[2]。当昆虫机体受到病原微生物侵染时，体内的识别蛋白能够识别微生物表面的肽聚糖或脂多糖或者其他物质，引发丝氨酸蛋白酶和解除丝氨酸蛋白酶抑制剂的细胞外级联反应，激活细胞内信号转导途径，最终在其脂肪体、血液、中肠和表皮等器官或组织中诱导产生抗菌肽（Antimicrobial peptides, AMPs），进而杀灭外源微生物[1]。

抗菌肽(AMPs)是一类普遍存在的防御性蛋白质，具有分子量小、理化性能稳定和广谱抗菌等特点，在昆虫先天免疫防御系统中起着重要的作用。昆虫抗菌肽常以家族的形式存在，家族内成员间的氨基酸相似性较大，编码AMPs的基因通常以串联重复的形式存在在同一条染色体上。目前对黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）抗菌肽的研究较为系统，黑腹果蝇中共有21个抗菌肽，按其序列相似性和功能性质可以分为7类[3]。但根据肽链的结构特点，昆虫抗菌肽又可以分为三类[4]：具有α-螺旋结构并且缺乏半胱氨酸(Cysteine,Cys)的线性抗菌肽；富含脯氨酸和/或甘氨酸的抗菌肽；富含半胱氨酸的环形抗菌肽。下面我们将以肽链结构分类体系介绍家蚕抗菌肽基因及其研究进展。

1 家蚕抗菌肽条目

早在2004年，Cheng等人通过对家蚕基因组框架图序列的找到了35条抗菌肽基因序列[6]。随着研究的深入以及家蚕基因组精细图的最近绘制完成，我们应用相同的方法重新搜寻了新组装的家蚕基因组，并新找到一个cecropin基因，加上近期Wen等人（2008）研究发现的defensinA[7]，以及Kaneko等人（2008）获得的defensinB[8]，家蚕共有40个抗菌肽基因(表1)。数量上远比其它已测序完成的模式昆虫—黑腹果蝇（21个），冈比亚按蚊（10个）[9]和蜜蜂（6个）[10]多。不同昆虫所含有的抗菌肽数目差异可能与这些物种的生活习性，栖居的环境的差异有关系。

表1 家蚕的抗菌肽

Table1 Antimicrobial peptides in Bombyx mori