抗菌肽的臨床應(yīng)用

apple12151007 · 發(fā)表于 2010-8-5 14:59:16

　　抗菌肽是生物細(xì)胞特定基因編碼、經(jīng)特定外界條件誘導(dǎo)產(chǎn)生的一類多肽，具有分子量小、熱穩(wěn)定、殺菌范圍廣、作用機(jī)制獨(dú)特等特點(diǎn)。另外，抗菌肽還具有明顯的對真菌、病毒、原蟲的殺傷作用，同時(shí)又可以促進(jìn)傷口的愈合(可能是加速了創(chuàng)傷處細(xì)胞的分裂增殖)，能攻擊腫瘤細(xì)胞而對正常細(xì)胞沒有作用。更令人驚喜的是，這些作用的結(jié)果不會(huì)象抗生素一樣使致病菌的抗藥性隨抗菌肽的使用而有所增加。因?yàn)榭股氐目咕饔靡话闶亲饔糜谔厥獾氖荏w或酶，細(xì)菌容易通過變異對抗生素產(chǎn)生抗性，而抗菌肽在抗菌時(shí)一般沒有特殊的受體，抗菌肽一般是通過物理作用造成細(xì)胞膜的穿孔而達(dá)到廣譜抗菌的效果，所以抗菌肽的使用不容易產(chǎn)生抗性菌和交叉抗性;而且在病原菌感染時(shí)，用抗生素治療實(shí)際上對機(jī)體是有害的，因?yàn)樗艽碳?nèi)毒素的釋放，有時(shí)還會(huì)造成膿毒休克，但使用抗菌肽則無此現(xiàn)象，而且抗菌肽還能抑制細(xì)菌產(chǎn)物誘導(dǎo)產(chǎn)生對人體有害的細(xì)胞因子。
　　到目前為止，無論是在抗菌肽的基礎(chǔ)研究還是在后續(xù)的人工克隆、臨床應(yīng)用等方面都已取得了很大的成績，筆者主要將抗菌肽的一些基本的、獨(dú)特的性質(zhì)及功能介紹如下。
　　一、抗菌肽的分類
　　目前，抗菌肽的分類還比較復(fù)雜，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本文就對目前大家普遍比較認(rèn)可的幾種分類方式做一概述。
　　(一)根據(jù)抗菌肽對不同病原體的作用分
　　根據(jù)抗菌肽對細(xì)菌、真菌及腫瘤細(xì)胞的作用不同，可將抗菌肽分為抗細(xì)菌肽、抗真菌肽、抗腫瘤肽、既抗真菌又抗細(xì)菌的抗菌肽、既抗腫瘤又抗微生物的抗菌肽等。
　　(二)根據(jù)抗菌肽的結(jié)構(gòu)分
　　根據(jù)結(jié)構(gòu)可將抗菌肽分為兩性分子α-螺旋的抗菌肽、含有-S-S-的抗菌肽、富含Pro的抗菌肽、富含Gly的抗菌肽。
　　(三)根據(jù)抗菌肽的來源分
　　根據(jù)來源可將抗菌肽分為哺乳動(dòng)物抗菌肽、昆蟲抗菌肽、植物抗菌肽、細(xì)菌抗菌肽、病毒抗菌肽等。
　　二、生物活性
　　抗菌肽是一種非特異性免疫分子，同時(shí)也是體液免疫防衛(wèi)系統(tǒng)中的重要成員，在抵御外來病原體致病過程中起重要作用。據(jù)最近的研究表明，抗菌肽對癌細(xì)胞、病毒、細(xì)菌、真菌、原蟲具有廣泛的殺菌活性。同時(shí)抗菌肽還具有高效性。Nordeen Ro等曾研究了抗菌肽對SB37對9種植物病原菌的抗菌活性，其對這些細(xì)菌的致死濃度在0.1~4.5摩爾/升之間。也可能正是抗菌肽的這種高效性，使抗菌肽的抗菌作用是非特異性的。
　　三、抗菌機(jī)理
　　目前，國內(nèi)外對抗菌肽的抗菌機(jī)理仍有不同看法，但大家都認(rèn)可的是抗菌肽是直接作用于腫瘤細(xì)胞或細(xì)菌的質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，引起胞內(nèi)水溶性物質(zhì)大量滲出，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞和細(xì)菌死亡，這種機(jī)理在最近的研究中也得到了證實(shí)?？咕肿拥慕Y(jié)構(gòu)特征是保證這種機(jī)理發(fā)揮作用的中藥基礎(chǔ)。這種胞膜攻擊作用的機(jī)理是通過兩親性α-螺旋上正電荷與細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜磷脂分子上負(fù)電荷之間的靜電吸引而結(jié)合聚集在質(zhì)膜上，隨后抗菌肽分子中的疏水段C段(酰胺基)α-螺旋插入到疏水的細(xì)菌細(xì)胞膜中央，使抗菌肽在質(zhì)膜表面聚集，形成“柵桶式”結(jié)構(gòu)式或“毯式”結(jié)構(gòu)，從而打亂了質(zhì)膜上蛋白質(zhì)和脂質(zhì)原有的排列秩序，使得膜外正電荷增多，超過值時(shí)導(dǎo)致膜去極化，造成膜損傷?！皷磐笆健苯Y(jié)構(gòu)是多個(gè)抗菌肽分子形成的離子通道，導(dǎo)致陽離子外流，最后細(xì)菌失去保護(hù)，不能保持正常的滲透壓而死亡，這種結(jié)構(gòu)含有更多的α-螺旋。
　　而“毯式”結(jié)構(gòu)則是通過其疏水的氨基酸殘基和細(xì)胞膜親和而造成膜損傷，以這種方式作用的抗菌肽分子多含有β——折疊結(jié)構(gòu)。雖然這種機(jī)理現(xiàn)已被認(rèn)為是抗菌肽殺菌的最基本機(jī)理，但在2000年Fridrch通過對細(xì)胞膜的穿孔機(jī)理和殺菌動(dòng)力進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有90%或甚至更多的細(xì)菌被殺死后，膜孔的形成仍不完全，據(jù)此他們認(rèn)為細(xì)胞膜通透性增加不是抗菌肽唯一的作用機(jī)理。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)了抗菌肽其它的具有抗菌效果的作用方式。
　　四、基因工程研究
　　抗菌肽的天然產(chǎn)量低，合成或從機(jī)體中提取步驟復(fù)雜、產(chǎn)率低、價(jià)格相當(dāng)昂貴，利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)的抗菌肽具有重要意義。這樣獲得的抗菌肽與天然的有所差別，但其抗菌活性相差不大。目前，在該領(lǐng)域應(yīng)用的方法主要有以下幾種：
　　首先是利用差異顯示技術(shù)對進(jìn)行誘導(dǎo)和未進(jìn)行誘導(dǎo)基因的差異表達(dá)進(jìn)行研究，可得到一些新的抗菌肽類相關(guān)基因，這是關(guān)于基因分離、表達(dá)研究的較新的方法。Kim等就利用差異顯示技術(shù)分離到了一種新抗菌肽Enbocin。他們用大腸桿菌感染加餐幼蟲，構(gòu)建cD-NA文庫，后以α-32pATP標(biāo)記，選出感染的與未感染的家蠶差異DNA克隆，在基因文庫中用λDASH試劑選出陽性克隆，酶切、測序，得到Enbocin基因序列。據(jù)此設(shè)計(jì)引物從昆蟲細(xì)胞rnRNA 進(jìn)行RT-PCR擴(kuò)增，再將此擴(kuò)增片斷導(dǎo)入克隆載體與表達(dá)載體，最后用Northern biot、尿素-SDS-PAGE可證實(shí)并檢測到Enbocin的表達(dá)，在國內(nèi)，劉振義、屈賢銘也利用該方法成功得到了長度為241bp的片段，該片段可能在昆蟲免疫反應(yīng)中扮演重要角色。其次是采用融合表達(dá)的方法，該方法是將抗菌肽基因與另外一種基因連接起來，共同構(gòu)建成融合基因，并克隆到表達(dá)載體上，最后在經(jīng)誘導(dǎo)、切割而得到抗菌肽基因表達(dá)的蛋白。
　　五、應(yīng)用前景
　　隨著對抗菌肽的研究日益深入，其獨(dú)特的抗菌作用已引起人們的高度重視。尤其它不會(huì)象抗生素一樣產(chǎn)生耐藥性，并且作用具有高效性，這樣就使抗菌肽在開發(fā)一種新的抗生素及其困難的情況下倍受人們的青睞。當(dāng)然由于抗菌肽幾乎存在于每一種生物中，所以它的應(yīng)用也絕不僅僅局限于某一領(lǐng)域。以下就是對抗菌肽在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用的概述。
　　1.藥用領(lǐng)域
　　鑒于抗菌肽在抗腫瘤、抗局部感染、抗寄生蟲等多方面的獨(dú)特工程，人們對于利用抗菌肽來生產(chǎn)新型抗菌藥物的研究已經(jīng)不再僅僅是抗細(xì)菌方面，其它方面也進(jìn)行的如火如荼。如：乳鏈菌肽、源于馬蓋寧的MSI-78及源于protegin的IB-367，用于治療局部感染，目前已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。對于抗菌肽能抑殺對二甲氧基苯青霉素產(chǎn)生耐藥性的金黃色葡萄球菌，及對萬古霉素產(chǎn)生耐藥性的腸道球菌和綠膿桿菌;indolicidin可抵御 aspergillus真菌感染等。另外，乳鏈菌肽在低PH下可用于抗幽門螺桿菌造
　　成的胃潰瘍，還可以用于阻抑多種耐藥菌的生長。
　　2.畜牧業(yè)領(lǐng)域
　　仔豬腹瀉、奶牛乳房炎及各種病毒性疾病如豬瘟、雞新城疫等一直是棘手的疾病，不利于畜牧業(yè)的發(fā)展。我們借鑒已成功的抗菌肽轉(zhuǎn)基因工程，如轉(zhuǎn)基因蝦子、轉(zhuǎn)基因馬鈴薯、轉(zhuǎn)基因水稻等，可以把特異的抗菌肽基因轉(zhuǎn)入畜禽特定細(xì)胞讓其表達(dá)，從而產(chǎn)生抗病新品種。溫劉發(fā)等曾利用蠶類抗菌肽制劑飼喂斷奶仔豬的試驗(yàn)結(jié)果表明，蠶抗菌肽可在一定程度上減輕斷奶仔豬的腹瀉程度。
　　另有研究表明，抗生素添加劑的使用嚴(yán)重破壞了腸道的微生物平衡，并易在動(dòng)物體內(nèi)殘留，嚴(yán)重影響了畜產(chǎn)品的品質(zhì)和人類的健康。用基因工程方法生產(chǎn)的環(huán)保型抗菌肽飼料添加劑，或者通過日齡因素調(diào)控抗菌肽基因的表達(dá)而達(dá)到畜產(chǎn)品無抗素化很好的解決了上述問題，這也是抗菌肽在畜牧業(yè)上最直接的應(yīng)用。
　　3.農(nóng)業(yè)領(lǐng)域
　　抗菌肽在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面，一是取代或部分取代目前飼養(yǎng)動(dòng)物所用的抗生素，減少動(dòng)物喂養(yǎng)之中對抗生素的依賴，減少抗生素通過食物鏈的傳播和對人類的威脅;二是通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將廣譜抗菌肽基因?qū)胫参矬w內(nèi)，增加動(dòng)植物對各種病原菌的抵抗能力。目前這些研究大都在植物中進(jìn)行，并已經(jīng)取得了很大的成果。
　　六、小結(jié)
　　從上面抗菌肽的各個(gè)方面尤其是在藥用方面可以看出，抗菌肽有很廣闊的發(fā)展前景和作為一類新藥開發(fā)的潛力，但是要使這一愿望得以實(shí)現(xiàn)，還有很多的困難需要克服。首先是抗菌肽的提存問題，由于天然抗菌肽的含量一般都較小，它的提取和存放都比較困難，雖然現(xiàn)在可以用化學(xué)合成和基因工程的方法獲得抗菌肽，但這勢必增加藥物的成本。因此，如何提高抗菌肽的生產(chǎn)效率、降低成本是應(yīng)用抗菌肽必須解決的問題，其次是基因工程生產(chǎn)中的表達(dá)載體問題，由于大部分抗菌肽對表達(dá)載體有害，這樣只能是抗菌肽以融合蛋白的形式表達(dá)，但這又無疑增加了后續(xù)工作的難度;再次是抗菌肽的穩(wěn)定性和免疫反應(yīng)問題，由于目前有關(guān)抗菌肽藥動(dòng)學(xué)、藥效學(xué)方面的研究還比較少，大多數(shù)的試驗(yàn)只適用于局部治療，要使抗菌肽真正的應(yīng)用于臨床，還要解決好它的毒性、穩(wěn)定性、免疫原性、應(yīng)用方法、藥物制劑等方面的問題。最后是與傳統(tǒng)抗生素相比，某些抗菌肽的抗菌活性還不夠理想，這就需要結(jié)合抗菌肽活性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系有目的地對其進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)。另外，對于抗菌肽的作用機(jī)理還需要進(jìn)一步的研究與探索，這樣可以使我們更好的利用和改造抗菌肽，使之能盡快的應(yīng)用于臨床。
　　綜上所述，雖然抗菌肽還存在很多的不足之處以及沒有解決的問題，但我們有理由相信，抗菌肽依其與眾不同的各種性質(zhì)和獨(dú)特的殺菌機(jī)理一定能在生物藥用領(lǐng)域發(fā)揮其應(yīng)有的作用，也必將為人類的健康產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。