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(dòng)物的生物中，是天然免疫防御系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，被稱為“第二防御體系”。迄今為止，國內(nèi)外報(bào)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(gè)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(gè)抗菌肽基因，已報(bào)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(gè)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?？咕牡目咕饔脵C(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(gè)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(gè)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(shì)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(shí)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(duì)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(shì)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)酰幚? h 時(shí)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(gè)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(duì)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(duì)真菌的作用目前在APD數(shù)據(jù)庫中有97個(gè)抗真菌肽。來源于哺乳動(dòng)物的防御素對(duì)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(jìng)爭(zhēng)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(dòng)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(shí)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(shì)。
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(gè)抗腫瘤肽。腫瘤細(xì)胞對(duì)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(duì)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(gè)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(hào)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(shí)檢測(cè)到其具有對(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)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。