溶菌酶在医药方面的应用

溶菌酶在医药方面的应用

一、溶菌酶简介

溶菌酶（lysozyme）又称胞壁质酶（muramidase）或N-乙酰胞壁质聚糖水解酶（N-acetylmuramideglycanohydrlase），是一种能水解致病菌中黏多糖的碱性酶。主要通过破坏细胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡糖之间的β-1,4糖苷键，使细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，导致细胞壁破裂内容物逸出而使细菌溶解。溶菌酶还可与带负电荷的病毒蛋白直接结合，与DNA、RNA、脱辅基蛋白形成复盐，使病毒失活。因此，该酶具有抗菌、消炎、抗病毒等作用。溶菌酶（也称溶解酶）是一个分子量为14.4kDa的酶，它能够通过催化肽聚糖中N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖残基间和壳糊精中N-乙酰葡糖胺残基间的1,4-β链的水解，而破坏细菌的细胞壁。在人体中，溶菌酶在细胞分泌液，如唾液、眼泪以及其他一些体液中广泛存在；也存在于线粒体中的细胞质颗粒体中。此外，蛋清中也有大量的溶菌酶。溶菌酶因能够专一的作用于目的微生物的细胞壁的盐基水解蛋白酶，被广泛的运用于食品、饲料、医药等行业。本文主要介绍溶菌酶在医药方面的应用，并展望了其发展及应用前景。

二、溶菌酶的来源及提取方法

1、溶菌酶来源

溶菌酶广泛存在于家禽、鸟类的蛋清和哺乳动物的泪液、唾液、血浆、尿、乳汁、白细胞及其他体液(如淋液)和组织(如肝、肾)细胞内；从大麦、芜青、无花果、木瓜和卷心菜、萝卜等植物中也能分离出溶菌酶，其中以蛋清中含量为最高(约含0．3％)。而人乳、眼泪、唾液中的溶菌酶活性远高于蛋清中(约为3倍)或其他来源的溶菌酶的活性。鸡蛋清中的溶菌酶是动物溶菌酶的典型代表，是溶菌酶群中重要的研究对象，也是目前了解最清楚的溶菌酶之一。在哺乳动物的乳汁中，人乳汁中的溶菌酶含量是牛乳的3 000倍[31。按来源不同，可将溶菌酶分为蛋清溶菌酶、动物溶菌酶、植物溶菌酶、微生物产生的溶菌酶和细菌噬菌体产生的溶菌酶；按作用细胞壁不同，可将溶菌酶分为细菌细胞壁溶菌酶和真菌细胞壁溶菌酶。

2、溶菌酶的提取方法

2．1 直接结晶法

此法操作简单，成本低，但不能用以分离微量的溶菌酶。

2．2 离子交换层析法

此法具有简便、高效、成本低，且可自动化连续操作的优点圈。

2．3亲和层析

亲和层析法分离纯化的倍数较高、质量较好，且可广泛应用于各种来源的溶菌酶，用于浓缩和精制微量的溶菌酶。但是由于亲和吸附剂的制作较复杂，限制了其在工业上的大规模利用。

2．4 超滤与亲和层析结合

超滤与亲和层析结合提取溶菌酶，是近年来开发的新方法。首先用超滤除去大部分杂蛋白，保留溶菌酶，此时溶菌酶还较粗，再用亲和层析法得到精制产品。

2．5 膜色谱技术(亲和膜色谱，离子交换膜色谱)

20世纪80年代末，出现了亲和膜色谱技术。该技术兼具膜分离与亲和分离的特点。与传统的膜分离、亲和色谱相比，膜色谱技术不仅具有纯化倍数高、压降小、分离时间短、生物大分子在分离过程中变性概率小，以及允许较快的加料速度等特点，而且比柱亲和色谱更易实现规模化生产。

2．6 超滤

与传统的生化分离技术相比，超滤技术主要的优点是产品的高产出量。然而尽管超滤技术在反渗析及浓缩等过程中得到广泛的应用，但是作为在生物工业领域中潜能很大的一种蛋白质分离技术，超滤仍未被充分利用。

2．7 反胶团提取

反胶团萃取是近年发展起来的一种新的萃取方法，它是利用有机溶剂中加入少量表面活性剂形成的反胶团来提取的方法，为一些不能使用有机溶剂萃取的酶和活性蛋白质等生物活性物质开拓了一种新的分离技术，扩大了有机溶剂萃取的适用范围。

2．8 生物分离技术

以亲和力为基础的生物分离技术(固定金属亲和层析、亲和沉淀、亲和过滤

法)，也是溶菌酶提取方法之一。

2．9 扩张床吸附法

二、溶菌酶的理化性质

溶菌酶（Lysozyme）由18种129个氨基酸构成的单纯碱性球蛋白，分子量为14.4KDa。化学性质非常稳定。当pH值为1．2～11．3范围内剧烈变化时，其结构几乎不变。在酸性环境中，溶菌酶对热的稳定性很强；当pH值为4～7100℃处理1 min仍能保持原酶活性；当pH值为3时能耐I00℃加热处理45 min；在干燥条件下，溶菌酶可以长期在室温存放，其纯品为白色或微黄色。黄色的结晶体或无定形粉末，无臭，味甜。易溶于水，遭碱易破坏，不溶于丙酮和乙醚。作为医药用品，溶菌酶具有生物相容性好、对组织无刺激、无毒性等优点。

三、溶菌酶的催化机制

溶菌酶是一种能够专一裂解目的细菌的细胞壁。它主要进攻肽聚糖，水解连接N-乙酰胞壁酸和N-乙酰葡糖胺第四位碳原子的β-1,4糖苷键。整个过程是，首先溶菌酶通过其两个结构域之间的“沟”结合到肽聚糖分子上；随后其底物在酶中形成过渡态的构象。根据Phillips机制，溶菌酶与葡聚六糖结合。然后溶菌酶将葡聚六糖上的第四个糖扭曲为半椅形构象。在这种扭曲状态（能量较高）中，糖苷键很容易就发生断裂。位于溶菌酶蛋白序列35位的谷氨酸（Glu35）和52位的天冬氨酸（Asp52）的侧链对溶菌酶的活性非常关键。Glu35作为糖苷键的质子供体，剪切底物的C-O键；而Asp52作为亲核试剂参与生成糖基酶中间体。随后，糖基酶中间体与水分子发生反应，水解生成产物，而酶保持不变。

四、溶菌酶的药理作用

溶菌酶具有多种独特而重要的药理作用。第一，抗菌消炎。细菌的细胞壁由胞壁质组成，胞壁质是由N一乙酰氨基葡萄糖及N一乙酰胞壁酸交替组成的多聚物，胞壁残基上可以连接多肽，称为肽聚糖。多糖以直链形式存在，彼此邻近的多糖链之间可以通过肽链部分相互连接，从而形成三维结构。溶菌酶专一性地作用于肽聚糖分子的N一乙酰胞壁酸与N一乙酰葡萄糖氨之间的Br_l，4糖苷键，结果使细菌细胞壁变得松驰，失去对细胞的保护作用，最后细胞溶解死亡；溶菌酶能直接杀灭革兰阳性菌，在分泌型免疫球蛋白补体的参与下，还能杀灭革兰阴