抗菌肽（antimicrobial peptide）
抗菌肽是昆虫和其他动物体内经诱导而产生的一类具有抗菌活性的碱性多肽，由20～60个氨基酸残基组成，分子量在2000～7000左右。大多数是昆虫抗菌肽具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌等特点。
1980年瑞典科学家G.Boman等人在研究北美天蚕的免疫机制时发现，天蚕蛹能产生具有抗菌活性的多肽，定名为Cecropins。后来，科学家们相继从细菌、真菌、两栖类动物、昆虫、高等植物、哺乳动物乃至人类中，发现并分离获得类事Cecropins的具有抗菌活性的多肽。由于这类多肽对细菌具有广谱高效杀菌活性，因而命为“antibacterial peptides，ABP”，中文译为抗细菌肽，但常被称为抗菌肽。随着抗菌肽研究工作的深入开展，发现某些抗细肽对部分真菌、原虫、病毒及癌细胞等均具有强有力的杀伤作用，因而这类活性多肽更准确地应被称之为”peptide antibiotics”一即多肽抗生素。
抗菌肽来源分类
抗菌肽根据来源可将其分为6类：
（1）昆虫抗菌肽 昆虫是种群最大的生物种类，抗菌肽的数量难以估量。现在仅在鳞翅目、双翅目、鞘翅目和蜻蜓目等8个目的昆虫中发现超过200多种昆虫抗菌肽类物质，仅家蚕就被鉴定含有40个抗菌肽基因。
（2）哺乳动物抗菌肽 1989年，首次从猪小肠中分离到哺乳动物抗菌肽Cecropin P1。目前，从猪中分离出至少18种，绵羊中至少30种，牛中至少30种抗菌肽。人类机体中发现的防御素属于抗菌肽中的一个大家族，根据其氨基酸的空间结构和分泌部位的差别，又分为三大类:人α-防御素(human α-defensin)、人β-防御素(human β-defensin, HβD)、人θ-防御素(humanθ-defensin)。现已发现人防御素达35种以上，其中非常重要的防御素有10种。
（3）两栖动物抗菌肽两栖类动物皮肤的分泌物中存在的大量皮肤活性肽，具有多样的生物学活性，其中大多数多肽具有抗微生物活性，在进化上是一类非常古老而有效的天然防御物质，往往归为抗菌肽。在非洲爪蟾中就有十多种抗菌肽，不仅在皮肤颗粒腺表达，也有存在于胃粘膜和小肠道细胞。在非洲爪蟾皮肤中发现的小分子抗菌肽－爪蟾素(magainins)，是较早发现的两栖动物抗菌肽，具有很高的抗菌活性。据不完全统计，目前已经从无尾两栖动物8个属约40多种两栖类动物的皮肤中，提取出了数百种抗菌肽。大量研究发现蛙类抗菌肽具有协同效应,但不同的蛙类抗菌肽很少具有同源性。
（4）鱼类、软体动物、甲壳类动物来源的抗菌肽 1986年,从豹鳎分离到一种含有35个氨基酸残基抗菌肽Pardaxin，是最早从鱼类分离得到的两亲性阳离子α螺旋结构具有穿膜作用的多肽，该肽是离子型神经毒素，由该肽衍生出了一系列具有比蜂毒素抗菌活性更强，溶血活性更低的抗菌活性肽。1998年, 报道了鲶(Parasilurus asotus)受伤时上皮粘膜细胞层分泌一种19个氨基酸残基的组蛋白H2A抗菌肽parasinⅠ，具有广谱强抗菌活性，其抗菌活性是蛙皮素mainin 2的12~100倍。目前,从鱼类分离得到49种以上抗菌肽。防御素是贻贝等海洋软体动物的重要抗微生物肽，迄今发现的贻贝防御素根据其初级结构、性质和共有的半胱氨酸序列分为Defensin、mytilin和myticin 3种。虾经细菌感染后可诱导多种基因表达，其中含有多种抗菌肽基因。自1997年首次报道甲壳动物抗菌肽氨基酸全序列以来，从甲壳类动物如对虾血细胞中分离出多种抗菌肽。
（5）植物抗菌肽 植物中也存在一些结构上与昆虫、哺乳动物防御素结构相似的植物抗菌肽，称为植物防御素。大多数植物抗菌肽对植物病原具有良好活性,部分植物抗菌肽对格兰氏阳性菌、阴性菌、真菌、酵母及哺乳动物细胞均有毒性。Thi-onins是最早从植物中分离的抗菌肽。
（6）细菌抗菌肽 细菌抗菌肽又称细菌素(bacteriocin)，包括阳离子肽和中性肽，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均可分泌。细菌中已发现的抗菌肽有杆菌肽(Bacitracin)、短杆菌肽S(Gramicidin S)、多粘菌素E (Polymyxin E)和乳链菌肽 (Nisin) 4种类型。目前，抗菌肽数据库就收录的细菌素有119种，其中nisin是由乳球菌产生的含3~4个氨基酸残基的短肽，是一种耐酸性多肽，即使在胃低pH环境中稳定性也很高，能抑制革兰氏阳性菌如梭状芽孢杆菌和李氏杆菌。Bacillus spp.产生的杆菌肽mersacidin对“超级耐药菌”———耐甲氧西林葡萄球菌(MRSA)具有良好的抑制效果，通过腹腔给药可以清除MRSA感染小鼠血液、肺、肝、肾、脾等脏器中的细菌，并且对小鼠各器官没有造成明显的损害。
抗菌肽的特性和功能作用
天然抗菌肽通常是由30多个氨基酸残基组成的碱性小分子多肽，等电点大于7，表现出较强的阳离子特征，水溶性好，分子量大约为4000道尔顿左右。大部分抗菌肽具有热稳定性，在100℃下加热10～15min仍能保持其活性。此外，部分抗菌肽还具备抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶水解的能力。
一般认为，抗菌肽杀菌机理主要是作用于细菌的细胞膜，破坏其细胞膜的完整性并产生穿孔现象，造成细胞内容物溢出胞外而死亡。首先抗菌肽由静电吸引而附于细菌膜表面，疏水性的C端插入细胞膜内疏水区并改变膜的构象，多个抗菌肽在膜上形成离子通道而导致某些离子的逸出而死亡。亦有学者认为抗菌肽作用于膜蛋白引起凝聚、失活及离子通道，引起膜渗透性改变而导致死亡。抗菌肽多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌等特点。某些抗菌肽对部分真菌、原虫、病毒及癌细胞等均具有强有力的杀伤作用。
抗菌肽对细菌的杀伤作用
抗菌肽对革兰氏阴性及阳性细菌均有高效广谱的杀伤作用。国内外已报道至少有113种以上的不同细菌均能被各种抗菌肽所杀灭。
抗菌肽对真菌的杀伤作用
最先发现具有抗真菌作用的抗菌肽，是从两栖动物蛙的皮肤中分离到的蛙皮素（Magainins），它不仅作用于G+和G-的细菌，对真菌及原虫亦有杀伤作用。Defensins是一种动物细胞内源性杀菌多肽，是从吞噬细胞中分离出来的，具有很宽的抗菌谱，对G+的杀伤作用大于对G-的杀伤作用，它也作用于真菌和部分真核细胞。Cecropin A及其类似物如天蚕素——蜂毒素杂合肽对感染昆虫的真菌具有一定的杀伤作用。
抗菌肽对原虫的杀伤作用
抗菌肽Magainins对原虫有杀伤作用。实验证明抗菌肽可以杀死草履虫、变形虫和四膜虫。柞蚕抗菌肽D对阴道毛滴虫亦有杀伤作用。
抗菌肽对病毒的杀伤作用
Melitiin和Cecropins在亚毒性浓度下通过阻遏基因表达来抑制HIV-1病毒的增殖。Magainin-2及合成肽Modelin1 和Moderln－5对疱疹病毒HSV－1和HSV－2等病毒被膜直接起作用，有一定的抑制效果。
抗菌肽对癌细胞的杀伤作用
抗菌肽对正常哺乳动物细胞及昆虫细胞无不良影响，但对癌细胞株则有明显杀伤作用。这种选择性机理可能与细胞骨架有关。已有有关抗菌肽对宫颈癌细胞、直肠癌细胞及肝癌细胞的杀伤作用与剂量相关的效应的报道。
预防败血症
天然抗菌肽具有选择性免疫激活和调节功能，对败血症有良好的预防和保护作用。传统抗生素的滥用导致临床上出现各种耐药菌株，严重危害人类健康。在与致病菌变异竞争的过程中，自然界各种来源的抗菌肽成为人们研发新型抗感染药物的新希望。
败血症是由细菌感染引起的，伴随有全身性炎症反应的一种危重疾病。病原微生物感染诱导促炎症因子大量释放，导致多种重要器官衰竭，具有较高死亡率。爬行动物cathelicidin抗菌肽及衍生物及其应用的研究，深入揭示该抗菌肽在体内外具有选择性的免疫激活作用。在各种标准和临床耐药菌株诱导的败血症动物模型中，cathelicidin肽选择性地激活体内天然免疫响应，在不引起大量有害炎症因子激活的同时，通过p38 MAPK信号通路选择性地刺激炎症抑制细胞因子、免疫细胞趋化因子的表达和释放，对全身性和致死性败血症具有良好的预防和保护作用。
抗菌肽的工业制备
抗菌肽在动物体内含量极微。从动物体内提取抗菌肽产量低、费时长、工艺复杂、费用昂贵，无法实现大规模生产，这成为制约抗菌肽进入实际应用的最大障碍。因此，开展抗菌肽基因工程生物合成研究具有重要意义。
目前，已进入临床应用的基因工程药物多数是采用大肠杆菌等原核表达系统生产的，但由于抗菌肽对细菌的杀伤作用，不能用原核表达系统直接表达具有生物活性的抗菌肽，而如果采用融合蛋白的形式表达，将给表达产物的后处理带来很大麻烦。因此，国内外的研究者多采用真核表达系统进行抗菌肽基因工程研究。近年来，以酵母为基因工程受体菌的研究引起人们的重视，酵母具有比大肠杆菌更完备的基因表达调控机制和对表达产物的加工修饰及分泌能力，并且不会产生内毒素，是基因工程中良好的真核基因受体菌。国内研究者大量研究表明，利用酵母表达抗菌肽是一条可行的道路，如能在表达产率上得到进一步提高，将为抗菌肽早日进入临床应用奠定良好的基础。
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