抗菌肽的臨床應用

apple12151007 · 發表于 2010-8-5 14:59:16

　　抗菌肽是生物細胞特定基因編碼、經特定外界條件誘導產生的一類多肽，具有分子量小、熱穩定、殺菌范圍廣、作用機制獨特等特點。另外，抗菌肽還具有明顯的對真菌、病毒、原蟲的殺傷作用，同時又可以促進傷口的愈合(可能是加速了創傷處細胞的分裂增殖)，能攻擊腫瘤細胞而對正常細胞沒有作用。更令人驚喜的是，這些作用的結果不會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。因為抗生素的抗菌作用一般是作用于特殊的受體或酶，細菌容易通過變異對抗生素產生抗性，而抗菌肽在抗菌時一般沒有特殊的受體，抗菌肽一般是通過物理作用造成細胞膜的穿孔而達到廣譜抗菌的效果，所以抗菌肽的使用不容易產生抗性菌和交叉抗性;而且在病原菌感染時，用抗生素治療實際上對機體是有害的，因為它能刺激內毒素的釋放，有時還會造成膿毒休克，但使用抗菌肽則無此現象，而且抗菌肽還能抑制細菌產物誘導產生對人體有害的細胞因子。
　　到目前為止，無論是在抗菌肽的基礎研究還是在后續的人工克隆、臨床應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、獨特的性質及功能介紹如下。
　　一、抗菌肽的分類
　　目前，抗菌肽的分類還比較復雜，沒有統一的標準。本文就對目前大家普遍比較認可的幾種分類方式做一概述。
　　(一)根據抗菌肽對不同病原體的作用分
　　根據抗菌肽對細菌、真菌及腫瘤細胞的作用不同，可將抗菌肽分為抗細菌肽、抗真菌肽、抗腫瘤肽、既抗真菌又抗細菌的抗菌肽、既抗腫瘤又抗微生物的抗菌肽等。
　　(二)根據抗菌肽的結構分
　　根據結構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)根據抗菌肽的來源分
　　根據來源可將抗菌肽分為哺乳動物抗菌肽、昆蟲抗菌肽、植物抗菌肽、細菌抗菌肽、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，同時也是體液免疫防衛系統中的重要成員，在抵御外來病原體致病過程中起重要作用。據最近的研究表明，抗菌肽對癌細胞、病毒、細菌、真菌、原蟲具有廣泛的殺菌活性。同時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、抗菌機理
　　目前，國內外對抗菌肽的抗菌機理仍有不同看法，但大家都認可的是抗菌肽是直接作用于腫瘤細胞或細菌的質膜結構，引起胞內水溶性物質大量滲出，從而導致腫瘤細胞和細菌死亡，這種機理在最近的研究中也得到了證實。抗菌分子的結構特征是保證這種機理發揮作用的中藥基礎。這種胞膜攻擊作用的機理是通過兩親性α-螺旋上正電荷與細菌細胞質膜磷脂分子上負電荷之間的靜電吸引而結合聚集在質膜上，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菌細胞膜中央，使抗菌肽在質膜表面聚集，形成“柵桶式”結構式或“毯式”結構，從而打亂了質膜上蛋白質和脂質原有的排列秩序，使得膜外正電荷增多，超過值時導致膜去極化，造成膜損傷。“柵桶式”結構是多個抗菌肽分子形成的離子通道，導致陽離子外流，最后細菌失去保護，不能保持正常的滲透壓而死亡，這種結構含有更多的α-螺旋。
　　而“毯式”結構則是通過其疏水的氨基酸殘基和細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——折疊結構。雖然這種機理現已被認為是抗菌肽殺菌的最基本機理，但在2000年Fridrch通過對細胞膜的穿孔機理和殺菌動力進行研究，發現當有90%或甚至更多的細菌被殺死后，膜孔的形成仍不完全，據此他們認為細胞膜通透性增加不是抗菌肽唯一的作用機理。隨著研究的深入，人們發現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
　　抗菌肽的天然產量低，合成或從機體中提取步驟復雜、產率低、價格相當昂貴，利用基因工程技術生產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，在該領域應用的方法主要有以下幾種：
　　首先是利用差異顯示技術對進行誘導和未進行誘導基因的差異表達進行研究，可得到一些新的抗菌肽類相關基因，這是關于基因分離、表達研究的較新的方法。Kim等就利用差異顯示技術分離到了一種新抗菌肽Enbocin。他們用大腸桿菌感染加餐幼蟲，構建cD-NA文庫，后以α-32pATP標記，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。據此設計引物從昆蟲細胞rnRNA 進行RT-PCR擴增，再將此擴增片斷導入克隆載體與表達載體，最后用Northern biot、尿素-SDS-PAGE可證實并檢測到Enbocin的表達，在國內，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中扮演重要角色。其次是采用融合表達的方法，該方法是將抗菌肽基因與另外一種基因連接起來，共同構建成融合基因，并克隆到表達載體上，最后在經誘導、切割而得到抗菌肽基因表達的蛋白。
　　五、應用前景
　　隨著對抗菌肽的研究日益深入，其獨特的抗菌作用已引起人們的高度重視。尤其它不會象抗生素一樣產生耐藥性，并且作用具有高效性，這樣就使抗菌肽在開發一種新的抗生素及其困難的情況下倍受人們的青睞。當然由于抗菌肽幾乎存在于每一種生物中，所以它的應用也絕不僅僅局限于某一領域。以下就是對抗菌肽在各個領域中的應用的概述。
　　1.藥用領域
　　鑒于抗菌肽在抗腫瘤、抗局部感染、抗寄生蟲等多方面的獨特工程，人們對于利用抗菌肽來生產新型抗菌藥物的研究已經不再僅僅是抗細菌方面，其它方面也進行的如火如荼。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，目前已進入臨床試驗階段。對于抗菌肽能抑殺對二甲氧基苯青霉素產生耐藥性的金黃色葡萄球菌，及對萬古霉素產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.畜牧業領域
　　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，不利于畜牧業的發展。我們借鑒已成功的抗菌肽轉基因工程，如轉基因蝦子、轉基因馬鈴薯、轉基因水稻等，可以把特異的抗菌肽基因轉入畜禽特定細胞讓其表達，從而產生抗病新品種。溫劉發等曾利用蠶類抗菌肽制劑飼喂斷奶仔豬的試驗結果表明，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重破壞了腸道的微生物平衡，并易在動物體內殘留，嚴重影響了畜產品的品質和人類的健康。用基因工程方法生產的環保型抗菌肽飼料添加劑，或者通過日齡因素調控抗菌肽基因的表達而達到畜產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上最直接的應用。
　　3.農業領域
　　抗菌肽在農業上的應用主要有兩個方面，一是取代或部分取代目前飼養動物所用的抗生素，減少動物喂養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;二是通過轉基因技術將廣譜抗菌肽基因導入植物體內，增加動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行，并已經取得了很大的成果。
　　六、小結
　　從上面抗菌肽的各個方面尤其是在藥用方面可以看出，抗菌肽有很廣闊的發展前景和作為一類新藥開發的潛力，但是要使這一愿望得以實現，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，雖然現在可以用化學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效率、降低成本是應用抗菌肽必須解決的問題，其次是基因工程生產中的表達載體問題，由于大部分抗菌肽對表達載體有害，這樣只能是抗菌肽以融合蛋白的形式表達，但這又無疑增加了后續工作的難度;再次是抗菌肽的穩定性和免疫反應問題，由于目前有關抗菌肽藥動學、藥效學方面的研究還比較少，大多數的試驗只適用于局部治療，要使抗菌肽真正的應用于臨床，還要解決好它的毒性、穩定性、免疫原性、應用方法、藥物制劑等方面的問題。最后是與傳統抗生素相比，某些抗菌肽的抗菌活性還不夠理想，這就需要結合抗菌肽活性與結構的關系有目的地對其進行改造和設計。另外，對于抗菌肽的作用機理還需要進一步的研究與探索，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和獨特的殺菌機理一定能在生物藥用領域發揮其應有的作用，也必將為人類的健康產生深遠的影響。