抗菌肽及抗菌分子机理

抗菌肽的分类
迄今为止从不同生物体内诱导获得的抗菌肽已有 200多种 仅从昆虫体内分离得到的就有 多种,仅从昆虫体内分离得到的就有 余种。 多种 仅从昆虫体内分离得到的就有170余种。 余种 根据结构不同可把抗菌肽分为5类 根据结构不同可把抗菌肽分为 类: 单链无半胱氨酸(Cys)的抗菌肽 或由无规则卷曲连 的抗菌肽,或由无规则卷曲连 单链无半胱氨酸 的抗菌肽 接的两段а-螺旋组成的肽 螺旋组成的肽。 接的两段 螺旋组成的肽。该类包括天蚕素 Cecropins, Ma-gainins等。Magainins最初是从 等 最初是从 非洲爪蟾的皮肤中发现的,它是爪蟾的皮肤在一定的 非洲爪蟾的皮肤中发现的 它是爪蟾的皮肤在一定的 环境压力下分泌出的抗感染和促进伤口愈合的成分, 环境压力下分泌出的抗感染和促进伤口愈合的成分 由两个紧密相连的肽链组成,每一个肽链有 每一个肽链有23个氨基 由两个紧密相连的肽链组成 每一个肽链有 个氨基 低浓度便可抑制许多细菌和真菌生长。 酸,低浓度便可抑制许多细菌和真菌生长。 低浓度便可抑制许多细菌和真菌生长
抗菌肽及抗菌分子机理
07202 张crobial peptides)是具有抗菌活性短肽的总 抗菌肽 是具有抗菌活性短肽的总 这些短肽分子量在2000~7000左右 由20~60个氨基酸残 左右,由 称,这些短肽分子量在 这些短肽分子量在 左右 个氨基酸残 基组成。这类活性肽多数具有强碱性 强碱性、 基组成。这类活性肽多数具有强碱性、热稳定性及广谱抗 等特点。 菌等特点。 随着分子生物学技术的发展,抗菌肽已成为近年来分子免疫 随着分子生物学技术的发展 抗菌肽已成为近年来分子免疫 学和分子生物学的研究热点。研究的内容包括:抗菌肽的分 学和分子生物学的研究热点。研究的内容包括 抗菌肽的分 离与提纯,氨基酸序列的分析 蛋白质构型与功能的关系;抗菌 离与提纯 氨基酸序列的分析,蛋白质构型与功能的关系 抗菌 氨基酸序列的分析 蛋白质构型与功能的关系 肽的作用机理；应用基因工程克隆和表达抗菌肽基因,改造 肽的作用机理；应用基因工程克隆和表达抗菌肽基因 改造 合成抗菌肽基因以及动植物的转抗菌肽基因工程等,其中昆 合成抗菌肽基因以及动植物的转抗菌肽基因工程等 其中昆 虫抗菌肽基因工程研究最受重视。 虫抗菌肽基因工程研究最受重视。
3·4对细胞核染色体的影响 对细胞核染色体的影响
以往的研究多集中于抗菌肽对细胞膜的破坏作用,但 以往的研究多集中于抗菌肽对细胞膜的破坏作用 但Hariton 等用具有同源性的两种抗菌肽 dermaseptinS4,dermaseptinS4 (13)作用于 作用于HeLa肿瘤细胞 作用于 肿瘤细胞 荧光免疫染色发现S4不能进入到肿瘤细胞内部 株,荧光免疫染色发现 不能进入到肿瘤细胞内部 荧光免疫染色发现 不能进入到肿瘤细胞内部;S4(13)M r较小 可以进入到细胞内部 但不能结合到细胞核上。对其进 较小,可以进入到细胞内部 但不能结合到细胞核上。 较小 可以进入到细胞内部,但不能结合到细胞核上 行氨基酸序列加工改造后获得的新型抗菌肽PVS4 (13)、 行氨基酸序列加工改造后获得的新型抗菌肽PVS4 (13)、 RRS4(13)却具有更强的穿透性 同时也可以结合到肿瘤的细 却具有更强的穿透性,同时也可以结合到肿瘤的细 却具有更强的穿透性 胞核上。 胞核上。 结果表明,经这两种改造后的抗菌肽作用后的肿瘤细胞 经这两种改造后的抗菌肽作用后的肿瘤细胞DNA 结果表明 经这两种改造后的抗菌肽作用后的肿瘤细胞 出现断裂,并最终导致死亡 并最终导致死亡,由此推测抗菌肽可以通过直接作 出现断裂 并最终导致死亡 由此推测抗菌肽可以通过直接作 用于肿瘤细胞的染色质发挥杀伤作用。 用于肿瘤细胞的染色质发挥杀伤作用。
2.
3. 4.
5.
富含某些氨基酸残基但不含Cys的抗菌肽。如富含脯氨酸 富含某些氨基酸残基但不含 的抗菌肽。 的抗菌肽 (Pro)或甘氨酸 或甘氨酸(Gly)残基的抗菌肽。如从猪肠内分离的抗 残基的抗菌肽。 或甘氨酸 残基的抗菌肽 菌肽PR39中Pro含量占 含量占49%。鞘翅肽 菌肽 中 含量占 。鞘翅肽Coleoptericin和半 和半 翅肽Hemiptericin的全序中富含 的全序中富含Gly。 翅肽 的全序中富含 。 含一个二硫键的抗菌肽,该二硫键的位置通常在肽链 该二硫键的位置通常在肽链C端 含一个二硫键的抗菌肽 该二硫键的位置通常在肽链 端。 如爪蟾皮肤细胞中产生的Brevinins。 如爪蟾皮肤细胞中产生的 。 有两个或两个以上二硫键,具有 折叠结构的抗菌肽。 具有β-折叠结构的抗菌肽 有两个或两个以上二硫键 具有 折叠结构的抗菌肽。如绿 蝇防御素(Phormindefensin),分子内有 个Cys形成 个分 分子内有6个 形成3个分 蝇防御素 分子内有 形成 子内二硫键,肽链 末段是带有拟β-转角的反向平行的 肽链C末段是带有拟 转角的反向平行的β片 子内二硫键 肽链 末段是带有拟 转角的反向平行的 片 实验证明,分子中的二硫键在其抗菌作用中至关重要 分子中的二硫键在其抗菌作用中至关重要。 层。实验证明 分子中的二硫键在其抗菌作用中至关重要。 由其他已知功能较大的多肽衍生而来的具有抗菌活力的肽。 由其他已知功能较大的多肽衍生而来的具有抗菌活力的肽。
抗菌肽的作用机制
3·1 3·2 3·3 3·4 3·5 3·6 胞膜攻击作用 诱导细胞凋亡 线粒体攻击作用 对细胞核染色体的影响 对癌细胞骨架的断裂作用 抑制蛋白质及细胞壁合成
3·1胞膜攻击作用 胞膜攻击作用
大多数抗菌肽基本的作用机制是破坏肿瘤细胞或细 大多数抗菌肽基本的作用机制是破坏肿瘤细胞或细 菌质膜结构,引起细胞内容物大量渗出 引起细胞内容物大量渗出,最终导致肿 菌质膜结构 引起细胞内容物大量渗出 最终导致肿 瘤细胞和细菌的死亡,而抗菌肽分子的结构特征是保 瘤细胞和细菌的死亡 而抗菌肽分子的结构特征是保 证上述机制发挥作用的重要基础。 证上述机制发挥作用的重要基础。 昆虫天蚕素的抗菌肽分子是通过其两亲性 是通过其两亲性α-2螺旋 昆虫天蚕素的抗菌肽分子是通过其两亲性 螺旋 上的正电荷与细菌细胞膜磷脂分子上负电荷之间的 静电吸引而结合聚集在质膜上,然后抗菌肽分子中的 静电吸引而结合聚集在质膜上,然后抗菌肽分子中的 疏水段C端 酰胺基 酰胺基)α-2螺旋插入到疏水的细菌细胞 疏水段 端(酰胺基 螺旋插入到疏水的细菌细胞 膜中央,双亲的 双亲的α-2螺旋留在质膜表面 打乱了质膜上 螺旋留在质膜表面,打乱了质膜上 膜中央 双亲的 螺旋留在质膜表面 蛋白质和脂质原有的排列秩序,使得膜外正电荷增多 使得膜外正电荷增多, 蛋白质和脂质原有的排列秩序 使得膜外正电荷增多 超过阈值导致膜去极化。由于抗菌肽分子的α-2螺 超过阈值导致膜去极化。由于抗菌肽分子的 螺 旋是亲、疏水两亲性的,所以当抗菌肽分子相互聚集 旋是亲、疏水两亲性的 所以当抗菌肽分子相互聚集 在一起时可形成离子通道,导致阳离子外流 导致阳离子外流,最后细 在一起时可形成离子通道 导致阳离子外流 最后细 菌失去保护,不能保持正常的渗透压而死亡 不能保持正常的渗透压而死亡。 菌失去保护 不能保持正常的渗透压而死亡。
3·3线粒体攻击作用 线粒体攻击作用
Bobek等以人唾液中提取的抗菌肽MUC7作用于临床常见的 等以人唾液中提取的抗菌肽 作用于临床常见的 真菌、杆菌和球菌,发现 发现MUC7对真菌和细菌都有很强的杀伤 真菌、杆菌和球菌 发现 对真菌和细菌都有很强的杀伤 作用。在超微结构中发现线粒体出现肿胀、空泡化、 作用。在超微结构中发现线粒体出现肿胀、空泡化、嵴脱落 和不规则排列,核膜界限不清 有的核破裂,内容物溢出 核膜界限不清,有的核破裂 内容物溢出。 和不规则排列 核膜界限不清 有的核破裂 内容物溢出。这表 明抗菌肽MUC7的作用机制可能与抑制肿瘤细胞呼吸有关。 明抗菌肽 的作用机制可能与抑制肿瘤细胞呼吸有关。 的作用机制可能与抑制肿瘤细胞呼吸有关 Chen等也发现抗菌肽 等也发现抗菌肽Tachy-plesin的作用机制与抑制线粒 等也发现抗菌肽 的作用机制与抑制线粒 体相关的caspase7和caspase6蛋白有关。 蛋白有关。 体相关的 和 蛋白有关 Fehlaum等发现 等发现Thanatin在0. 3 ~ 0. 6µmol/L时,就对大肠 等发现 在 时 就对大肠 杆菌表现出强烈的杀菌作用。但当其浓度提高到70µmol/L 杆菌表现出强烈的杀菌作用。但当其浓度提高到 仍然检测不到细胞内K+的泄漏 提示Thanatin不是通过形 时,仍然检测不到细胞内 的泄漏 提示 仍然检测不到细胞内 的泄漏,提示 不是通过形 成离子通道来杀灭细菌。当利用40µmol/L的Thanatin处理 成离子通道来杀灭细菌。当利用 的 处理 细菌时, 后可检测到细胞的呼吸作用变弱 后完全停止。 后可检测到细胞的呼吸作用变弱,6h后完全停止 细菌时 1h后可检测到细胞的呼吸作用变弱 后完全停止。 因此认为Thanatin通过抑制细胞呼吸作用来杀菌的。 通过抑制细胞呼吸作用来杀菌的。 因此认为 通过抑制细胞呼吸作用来杀菌的
3·2诱导细胞凋亡 诱导细胞凋亡
Mai等以融合抗菌肽DP1局部注射到小鼠实体瘤内 等以融合抗菌肽 局部注射到小鼠实体瘤内, 局部注射到小鼠实体瘤内 研究DP1对肿瘤细胞株 对肿瘤细胞株MCA20凋亡的影响 发现 凋亡的影响,发现 研究 对肿瘤细胞株 凋亡的影响 DP1可迅速诱导肿瘤细胞凋亡 并使肿瘤体积缩小。 可迅速诱导肿瘤细胞凋亡,并使肿瘤体积缩小 可迅速诱导肿瘤细胞凋亡 并使肿瘤体积缩小。 Chen等以抗菌肽 等以抗菌肽RGD tachyplesin作用于前列腺 作用于前列腺 癌细胞株TSU,以荧光免疫法和 以荧光免疫法和Western印迹杂交法 癌细胞株 以荧光免疫法和 印迹杂交法 检测,结果发现凋亡相关蛋白 结果发现凋亡相关蛋白caspase9、caspase8、 检测 结果发现凋亡相关蛋白 、 、 caspase3以及 以及Fas配体表达均升高 提示抗菌肽 配体表达均升高,提示抗菌肽 以及 配体表达均升高 RGD tachyplesin可以诱导与 可以诱导与Fas相关的凋亡。 相关的凋亡。 可以诱导与 相关的凋亡 由此推断诱导凋亡可能是某些抗菌肽的作用机制之 一。
这种内源性的抗菌肽经诱导而合成,在机体抵抗病原 这种内源性的抗菌肽经诱导而合成 在机体抵抗病原 体的入侵方面起着重要的作用,被认为是生物非特异 体的入侵方面起着重要的作用 被认为是生物非特异 性免疫功能的重要防御成分。 性免疫功能的重要防御成分。抗菌肽具有广谱杀菌 作用,对某些真菌、原生动物 耐药性细菌都有杀灭 作用 对某些真菌、原生动物,耐药性细菌都有杀灭 对某些真菌 作用,并可选择性的杀伤肿瘤细胞 抑制乙型肝炎病 作用 并可选择性的杀伤肿瘤细胞,抑制乙型肝炎病 并可选择性的杀伤肿瘤细胞 毒等的复制。 毒等的复制。
从猪小肠中分离得到的抗菌肽(Cecp) 也是通过膜攻 从猪小肠中分离得到的抗菌肽 击来完成对细菌的杀伤,但 端为羧基而非酰胺基 击来完成对细菌的杀伤 但其C端为羧基而非酰胺基 端为羧基而非酰胺基, 其抗菌谱也有所不同,其作用机制主要是通过碱性氨 其抗菌谱也有所不同 其作用机制主要是通过碱性氨 基酸与细菌外膜表面的磷脂酰头部结合,由于分子的 基酸与细菌外膜表面的磷脂酰头部结合 由于分子的 旋转导致Cecp的疏水基与膜的疏水区结合 超过阈 的疏水基与膜的疏水区结合,超过阈 旋转导致 的疏水基与膜的疏水区结合 值时,则在质膜上形成瞬时小孔 则在质膜上形成瞬时小孔,导致菌体内容物溢 值时 则在质膜上形成瞬时小孔 导致菌体内容物溢 菌体裂解死亡。 出,菌体裂解死亡。防御素作用于细胞膜 可增加生 菌体裂解死亡 防御素作用于细胞膜,可增加生 物膜的通透性而发挥作用。 物膜的通透性而发挥作用。 在人工脂质膜的实验显示,防御素作用于膜上形成稳 在人工脂质膜的实验显示 防御素作用于膜上形成稳 定的通道,且具有依赖电压的传导特性 且具有依赖电压的传导特性， 定的通道 且具有依赖电压的传导特性，因为防御素 分子很小,不能以单聚体的形式造成膜穿孔 不能以单聚体的形式造成膜穿孔,但防御 分子很小 不能以单聚体的形式造成膜穿孔 但防御 素分子能以多聚体的形式作用于胞膜。 素分子能以多聚体的形式作用于胞膜。