抗菌肽來源及藥理作用

zhfr1225

抗菌肽（Antibacterial peptide）又叫抗微生物肽（Antimicrobial peptide）、抗生素肽（Antibiotics peptide），是由多種生物細(xì)胞特定基因編碼經(jīng)外界條件誘導(dǎo)產(chǎn)生的一類具有廣譜抗細(xì)菌、真菌、病毒、原蟲、抑殺腫瘤細(xì)胞等活性作用的多肽。1974年，瑞典科學(xué)家G. Boman等人向眉紋天蠶蛾( Samia Cynthia )蛹注入大腸桿菌后，在血淋巴細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一種具有抗菌活性的堿性多肽類物質(zhì)，隨后誘導(dǎo)惜古比天蠶( Hyalophra Cecropia )蛹也發(fā)現(xiàn)了類似的抗菌活性物質(zhì)[1, 2]。1981年，將這種具有抗菌活性的物質(zhì)被命名為cecropin[3]，這是人們第一次真正意義上發(fā)現(xiàn)抗菌肽。隨后，又在多種生物體內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多種抗菌肽，抗菌肽廣泛存在于從細(xì)菌到哺乳動物的生物中，是天然免疫防御系統(tǒng)的一個重要組成部分，被稱為“第二防御體系”。迄今為止，國內(nèi)外報道大約有2000 多種抗菌肽被鑒定、分離出來，以天然抗菌肽作模板進(jìn)行人工合成的模擬肽已達(dá)數(shù)千種。
1.1.1昆蟲抗菌肽昆蟲是種群最大的生物種類，抗菌肽的數(shù)量難以估量?，F(xiàn)在，僅在鱗翅目、雙翅目、鞘翅目和蜻蜓目等8個目的昆蟲中發(fā)現(xiàn)超過200多種昆蟲抗菌肽類物質(zhì)，僅從家蠶這一種昆蟲獲得了40個抗菌肽基因，已報道的天蠶素約有30余種。
2.1抗菌肽的抗細(xì)菌作用  在APD數(shù)據(jù)庫中有1158個抗細(xì)菌肽，至少有113種以上的不同細(xì)菌均能被抗菌肽所殺滅。抗菌肽的抗菌作用機(jī)理的研究比較多。一是基于膜攻擊作用的殺菌機(jī)制有一下幾個模型[17, 18]：（1）桶板模型(barrel-stave model)：帶正電荷的含α-螺旋抗菌肽單體與細(xì)胞膜上帶負(fù)電荷的磷脂分子相互吸引而結(jié)合在細(xì)胞膜表面，多個抗菌肽分子形成多聚體，擾亂了質(zhì)膜上蛋白質(zhì)和脂質(zhì)原有的排序，并以與膜表面垂直的排列方式將疏水基團(tuán)插到磷脂雙分子層，形成橫跨細(xì)胞膜的離子通道，造成細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)泄漏和電化學(xué)勢喪失，細(xì)胞膜崩解而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。（2）地毯模型 (carpet model)：以該機(jī)制殺菌的抗菌肽并不插入細(xì)胞膜內(nèi)部，但在電荷作用下，一定濃度的抗菌肽像地毯樣展開平行排列在細(xì)胞膜表面或形成顆物，利用疏水作用和分子張力作用改變細(xì)胞膜的表面張力，從而在細(xì)胞膜上出現(xiàn)暫時的孔洞，除了細(xì)胞液的相互滲透，抗菌肽還可通過此孔洞進(jìn)入細(xì)胞。此外還有（3）穿孔螺旋模型（toroidal-hole model）：抗菌肽分子的極性端與磷脂分子的極性端相對一起形成以螺旋狀形式的連續(xù)翻轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致膜的完整性破壞和功能喪失；（4）分子團(tuán)聚集式(micellar aggregate)是抗菌肽分子以不規(guī)則形式聚集于膜表面，類似地毯式模型的作用形成跨膜電勢差而導(dǎo)致膜損傷。二是基于抗菌肽的非膜結(jié)構(gòu)破壞型機(jī)制，包括抗菌肽穿過細(xì)胞膜或核膜，作用于胞內(nèi)DNA、RNA，酶和蛋白質(zhì)等分子，可抑制細(xì)胞外膜蛋白質(zhì)，細(xì)胞壁的合成，抑制細(xì)胞的呼吸作用。如Carlsson等研究發(fā)現(xiàn)，attacin 能夠抑制大腸桿菌細(xì)胞外膜蛋白相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致細(xì)胞的通透性增加，從而抑制細(xì)菌生長[19]。Fehlbaum 等用40µM 的昆蟲抗菌肽thanatin 處理大腸桿菌1 h 后細(xì)胞呼吸作用明顯變?nèi)?，處? h 時后呼吸作用則完全停止，從而推斷thanatin 可能是通過抑制細(xì)胞的呼吸作用殺滅細(xì)菌。
2.2 抗菌肽的抗病毒作用目前在APD數(shù)據(jù)庫中有97個抗病毒肽，研究證明抗菌肽可以3種不同的機(jī)制起到抗病毒的作用：（1）可直接與病毒顆粒相互作用，如α-防御素等直接與對皰疹病毒粒子相結(jié)合而起作用；（2）干擾病毒的侵染過程，蜂毒素及其類似物K7I的結(jié)構(gòu)與煙草花葉病毒衣殼蛋白的部分氨基酸序列存在相似性，以偽裝成病毒包被蛋白，干擾病毒的正常組裝；（3）抑制病毒的復(fù)制，蜂毒素和殺菌肽A可抑制HIV的復(fù)制。
2.3 抗菌肽對真菌的作用目前在APD數(shù)據(jù)庫中有97個抗真菌肽。來源于哺乳動物的防御素對一些人類致病真菌具有殺傷作用；截取天蠶素A和蜂毒索分子的片段，合成雜合肽分子處理真菌孢子原生質(zhì)體，發(fā)現(xiàn)不但真菌細(xì)胞壁無法恢復(fù)，而且細(xì)胞也被破壞，無法保持正常的細(xì)胞形態(tài)?？咕目拐婢淖饔脵C(jī)理包括：（1）阻止、破壞真菌細(xì)胞壁的合成，如棘球白素（echinocandins）是1,3-β-葡聚糖合成酶的抑制物，通過非競爭性抑制葡聚糖的合成而抑制真菌細(xì)胞生長；（2）與真菌細(xì)胞內(nèi)線粒體、核酸等大分子細(xì)胞器相互作用導(dǎo)致真菌死亡；（3）攻膜作用，在脂膜上形成孔洞，使重要的內(nèi)容物外泄。
2.4 抗菌肽的抗原蟲作用 部分抗菌肽可以有效地殺滅寄生于人類和動物的寄生蟲。殺菌肽的類似物Shiva I在體外可以殺死惡性瘧原蟲[20]；殺菌肽／蜂毒素的雜合肽可以殺傷利什曼鞭毛蟲。抗菌肽殺滅寄生蟲時主要作用于寄生蟲細(xì)胞質(zhì)膜，損壞質(zhì)膜形態(tài)，迅速降低W／OH的通透性，破壞膜電勢。
2.5 抗菌肽的抑制腫瘤細(xì)胞作用目前在APD數(shù)據(jù)庫中還有95個抗腫瘤肽。腫瘤細(xì)胞對抗菌肽的敏感度比正常細(xì)胞要高，這可能與腫瘤細(xì)胞外膜含有較高的酸性磷脂成分有關(guān)，而腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞骨架系統(tǒng)不完善，也可能是易受抗菌肽作用的原因。抗菌肽對癌細(xì)胞的作用主要是可以插入質(zhì)膜，使雙分子層發(fā)生融解、完整性被破壞，細(xì)胞膜上形成的孔洞使內(nèi)容物外泄，線粒體出現(xiàn)空泡化，嵴脫落，核膜破損，界限模糊不清，核染色體DNA斷裂，并抑制染色體DNA的合成。
抗菌肽的抗腫瘤作用的另外一個可能機(jī)制是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Mai等研究發(fā)現(xiàn)，將抗菌肽DP1局部注射到小鼠的體瘤內(nèi)，DP1 可以迅速誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，因此誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡可能是抗菌肽作用機(jī)制中的一種[21, 22]?？咕脑隗w內(nèi)還可以調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫機(jī)能，增強(qiáng)機(jī)體的免疫力發(fā)揮抗腫瘤作用。
2.6 抗菌肽具有促進(jìn)創(chuàng)傷愈合、促進(jìn)血管生成功能 LL-37在體內(nèi)和體外均可以促進(jìn)創(chuàng)傷愈合。LL-37可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子，活化基質(zhì)蛋白酶，促有絲分裂蛋白酶，激活磷酸激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，最終反式激活內(nèi)皮生長因子的表達(dá)，促進(jìn)表皮細(xì)胞再生或形成肉芽組織愈合傷口[23]。在體內(nèi)LL-37以劑量依賴性的方式誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，角質(zhì)形成細(xì)胞生長因子（KGF）等多種細(xì)胞生長因子表達(dá)，刺激腸上皮細(xì)胞生長，保證腸上皮組織屏障的完整性[24]。本室從牛蛙皮膚中分離得到2種具有抗菌活性的多肽，同時檢測到其具有對細(xì)菌感染創(chuàng)面促進(jìn)創(chuàng)傷愈合作用。
2.7 抗菌肽的中和、阻斷內(nèi)毒素的作用  來自人的抗菌肽hCAP18 具有通過結(jié)合并中和、阻斷內(nèi)毒素的作用，10 mg和100 mg hCAP18 均能夠顯著抑制由LPS誘導(dǎo)增加的炎性細(xì)胞數(shù)，降低NO，TNF-α，PGE2, MCP-1和MIP-2水平[25, 26]。
2.8 抗菌肽的白細(xì)胞趨化與免疫激活作用 感染或損傷處所分泌的Cathelicidins和defensins 對效應(yīng)細(xì)胞具有趨化性, 誘導(dǎo)化學(xué)激活素的轉(zhuǎn)錄及分泌和肥大細(xì)胞的組胺釋放, 這些反應(yīng)一起則能促進(jìn)先天的及獲得性免疫細(xì)胞的補(bǔ)充。LL-37是只存在于人腸道的屬于 cathelicidin家族的抗菌肽，具有直接的殺菌活性。LL-37作用宿主Toll樣受體， 加強(qiáng)TLR4 mRNA的轉(zhuǎn)錄和增加TLR4，引發(fā)宿主主細(xì)胞（mast cell）釋放 IL-4，IL-5，IL-1β，激活宿主的先天性免疫[27]。
2.9 抗菌肽的炎性及免疫抑制作用 LL-37通過多種作用協(xié)同炎癥因子IL-1β等細(xì)胞因子的釋放[27, 28]。哺乳動物抗菌肽除了具有促炎性反應(yīng)外, 也能阻止有害的炎癥應(yīng)答。Cathelicidin家族的抗菌肽能夠抑制致炎細(xì)胞因子如TNF-α，IFN-r和IL-6的相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄、促炎癥反應(yīng)物質(zhì)的釋放及避免細(xì)菌感染后嚙齒類的膿毒癥, 還能防止引起阻止損傷和炎癥的毒性組分的產(chǎn)生[29-31]，研究表明Cathelicidin家族抗菌肽還可通過調(diào)節(jié)TLR4來調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)[32]。
2.10 免疫調(diào)節(jié)作用抗菌肽可以通過對靶細(xì)胞的凋亡、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和其它抗原遞呈細(xì)胞趨化性的調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞因子的產(chǎn)生和B細(xì)胞和T細(xì)胞的抗原特異性免疫應(yīng)答而作用于先天及獲得性免疫[17, 33]。

吉翔

很好的學(xué)習(xí)材料。