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），是由多種生物細胞特定基因編碼經外界條件誘導產生的一類具有廣譜抗細菌、真菌、病毒、原蟲、抑殺腫瘤細胞等活性作用的多肽。1974年，瑞典科學家G. Boman等人向眉紋天蠶蛾( Samia Cynthia )蛹注入大腸桿菌后，在血淋巴細胞中發現了一種具有抗菌活性的堿性多肽類物質，隨后誘導惜古比天蠶( Hyalophra Cecropia )蛹也發現了類似的抗菌活性物質[1, 2]。1981年，將這種具有抗菌活性的物質被命名為cecropin[3]，這是人們第一次真正意義上發現抗菌肽。隨后，又在多種生物體內陸續發現了多種抗菌肽，抗菌肽廣泛存在于從細菌到哺乳動物的生物中，是天然免疫防御系統的一個重要組成部分，被稱為“第二防御體系”。迄今為止，國內外報道大約有2000 多種抗菌肽被鑒定、分離出來，以天然抗菌肽作模板進行人工合成的模擬肽已達數千種。
1.1.1昆蟲抗菌肽昆蟲是種群最大的生物種類，抗菌肽的數量難以估量。現在，僅在鱗翅目、雙翅目、鞘翅目和蜻蜓目等8個目的昆蟲中發現超過200多種昆蟲抗菌肽類物質，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抗菌肽的抗細菌作用  在APD數據庫中有1158個抗細菌肽，至少有113種以上的不同細菌均能被抗菌肽所殺滅。抗菌肽的抗菌作用機理的研究比較多。一是基于膜攻擊作用的殺菌機制有一下幾個模型[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胞膜上帶負電荷的磷脂分子相互吸引而結合在細胞膜表面，多個抗菌肽分子形成多聚體，擾亂了質膜上蛋白質和脂質原有的排序，并以與膜表面垂直的排列方式將疏水基團插到磷脂雙分子層，形成橫跨細胞膜的離子通道，造成細胞質物質泄漏和電化學勢喪失，細胞膜崩解而導致細胞死亡。（2）地毯模型 (carpet model)：以該機制殺菌的抗菌肽并不插入細胞膜內部，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胞膜的表面張力，從而在細胞膜上出現暫時的孔洞，除了細胞液的相互滲透，抗菌肽還可通過此孔洞進入細胞。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翻轉，從而導致膜的完整性破壞和功能喪失；（4）分子團聚集式(micellar aggregate)是抗菌肽分子以不規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致膜損傷。二是基于抗菌肽的非膜結構破壞型機制，包括抗菌肽穿過細胞膜或核膜，作用于胞內DNA、RNA，酶和蛋白質等分子，可抑制細胞外膜蛋白質，細胞壁的合成，抑制細胞的呼吸作用。如Carlsson等研究發現，attacin 能夠抑制大腸桿菌細胞外膜蛋白相關基因的轉錄，導致細胞的通透性增加，從而抑制細菌生長[19]。Fehlbaum 等用40µM 的昆蟲抗菌肽thanatin 處理大腸桿菌1 h 后細胞呼吸作用明顯變弱，處理6 h 時后呼吸作用則完全停止，從而推斷thanatin 可能是通過抑制細胞的呼吸作用殺滅細菌。
2.2 抗菌肽的抗病毒作用目前在APD數據庫中有97個抗病毒肽，研究證明抗菌肽可以3種不同的機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的結構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）抑制病毒的復制，蜂毒素和殺菌肽A可抑制HIV的復制。
2.3 抗菌肽對真菌的作用目前在APD數據庫中有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體，發現不但真菌細胞壁無法恢復，而且細胞也被破壞，無法保持正常的細胞形態。抗菌肽抗真菌的作用機理包括：（1）阻止、破壞真菌細胞壁的合成，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胞生長；（2）與真菌細胞內線粒體、核酸等大分子細胞器相互作用導致真菌死亡；（3）攻膜作用，在脂膜上形成孔洞，使重要的內容物外泄。
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胞質膜，損壞質膜形態，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胞作用目前在APD數據庫中還有95個抗腫瘤肽。腫瘤細胞對抗菌肽的敏感度比正常細胞要高，這可能與腫瘤細胞外膜含有較高的酸性磷脂成分有關，而腫瘤細胞的細胞骨架系統不完善，也可能是易受抗菌肽作用的原因。抗菌肽對癌細胞的作用主要是可以插入質膜，使雙分子層發生融解、完整性被破壞，細胞膜上形成的孔洞使內容物外泄，線粒體出現空泡化，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制是誘導細胞凋亡。Mai等研究發現，將抗菌肽DP1局部注射到小鼠的體瘤內，DP1 可以迅速誘導腫瘤細胞凋亡，因此誘導細胞凋亡可能是抗菌肽作用機制中的一種[21, 22]。抗菌肽在體內還可以調節機體的免疫機能，增強機體的免疫力發揮抗腫瘤作用。
2.6 抗菌肽具有促進創傷愈合、促進血管生成功能 LL-37在體內和體外均可以促進創傷愈合。LL-37可以調節轉錄因子，活化基質蛋白酶，促有絲分裂蛋白酶，激活磷酸激酶信號轉導途徑，最終反式激活內皮生長因子的表達，促進表皮細胞再生或形成肉芽組織愈合傷口[23]。在體內LL-37以劑量依賴性的方式誘導血管內皮生長因子(VEGF)，角質形成細胞生長因子（KGF）等多種細胞生長因子表達，刺激腸上皮細胞生長，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菌感染創面促進創傷愈合作用。
2.7 抗菌肽的中和、阻斷內毒素的作用  來自人的抗菌肽hCAP18 具有通過結合并中和、阻斷內毒素的作用，10 mg和100 mg hCAP18 均能夠顯著抑制由LPS誘導增加的炎性細胞數，降低NO，TNF-α，PGE2, MCP-1和MIP-2水平[25, 26]。
2.8 抗菌肽的白細胞趨化與免疫激活作用 感染或損傷處所分泌的Cathelicidins和defensins 對效應細胞具有趨化性, 誘導化學激活素的轉錄及分泌和肥大細胞的組胺釋放, 這些反應一起則能促進先天的及獲得性免疫細胞的補充。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TLR4 mRNA的轉錄和增加TLR4，引發宿主主細胞（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通過多種作用協同炎癥因子IL-1β等細胞因子的釋放[27, 28]。哺乳動物抗菌肽除了具有促炎性反應外, 也能阻止有害的炎癥應答。Cathelicidin家族的抗菌肽能夠抑制致炎細胞因子如TNF-α，IFN-r和IL-6的相關基因轉錄、促炎癥反應物質的釋放及避免細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生[29-31]，研究表明Cathelicidin家族抗菌肽還可通過調節TLR4來調節炎癥反應[32]。
2.10 免疫調節作用抗菌肽可以通過對靶細胞的凋亡、基因轉錄調節、調節巨噬細胞、樹突狀細胞和其它抗原遞呈細胞趨化性的調節作用，調節宿主細胞因子的產生和B細胞和T細胞的抗原特異性免疫應答而作用于先天及獲得性免疫[17, 33]。

吉翔

很好的學習材料。