[摘要]耐药性细菌的出现致使现有抗菌药物对细菌感染治疗的疗效低下或无效,形成的危害日益严重,迫切需要开发出新型的抗菌制剂。高效、低毒、广谱的抗菌肽作为最有希望代替抗生素的新药制剂倍受国内外科研工作者的关注,成为当前的研究热点。本文综述了抗菌肽的生物学特性,生物学活性及其作用机制,抗菌肽的筛选策略,分析了影响抗菌肽应用中存在的问题,并对其应用前景进行了展望。
当前,细菌性感染和疾病呈上升趋势,细菌耐药性的形成是一个重要的原因。由耐药性细菌,如耐药性结核杆菌、大肠杆菌和被称为“超级细菌”耐甲氧西林金葡菌( MRSA)等对人和动物造成的危害日趋严重。如何克服细菌的耐药性是当前的研究重点和热点。科研工作者们正努力寻求新的抗菌策略,这些策略包括:合理应用抗生素;改造现有抗生素或研发新的抗生素;微生态制剂的研究与应用;噬菌体制剂研究与应用;中草药细菌耐药抑制剂研究与应用;抗菌肽研究与应用等。其中抗菌肽研究与应用是最有前景的一个领域。
1 抗菌肽的主要生物学特性
1.1抗菌肽的概念与来源分类
抗菌肽(Antibacterial peptide)又叫抗微生物肽(Antimicrobial peptide)、抗生素肽(Antibiotics peptide),是由多种生物细胞特定基因编码经外界条件诱导产生的一类具有广谱抗细菌、真菌、病毒、原虫、抑杀肿瘤细胞等活性作用的多肽。1974年,瑞典科学家G. Boman等人向眉纹天蚕蛾( Samia Cynthia )蛹注入大肠杆菌后,在血淋巴细胞中发现了一种具有抗菌活性的碱性多肽类物质,随后诱导惜古比天蚕( Hyalophra Cecropia )蛹也发现了类似的抗菌活性物质[1, 2]。1981年,将这种具有抗菌活性的物质被命名为cecropin[3],这是人们第一次真正意义上发现抗菌肽。随后,又在多种生物体内陆续发现了多种抗菌肽,抗菌肽广泛存在于从细菌到哺乳动物的生物中,是天然免疫防御系统的一个重要组成部分,被称为“第二防御体系”。迄今为止,国内外报道大约有2000 多种抗菌肽被鉴定、分离出来,以天然抗菌肽作模板进行人工合成的模拟肽已达数千种。
1.1.1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,仅从家蚕这一种昆虫获得了40个抗菌肽基因,已报道的天蚕素约有30余种。
1.1.2哺乳动物抗菌肽 1989年,Lee等首次从猪小肠中分离到哺乳动物抗菌肽Cecropin P1[4]。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(humand α-defensin)、人β-防御素(human β-defensin,HβD)、人θ-防御素(human θ-defensin)[5],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。
1.1.3两栖动物抗菌肽两栖类动物裸露的具多种功能,在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,其中大多数多肽类物质均具有一定的抗微生物活性,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[6, 7]。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[8]。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,此后相继发现了多种蛙类抗菌肽。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,APD数据库中就收录了其中的548种。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。
1.1.4鱼类、软体动物、甲壳类动物来源的抗菌肽 1986年,从豹鳎(Pardachirus marmoratus)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[9, 10]。1998年,Park 等报道了鲶(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magainin 2的12-100倍[11]。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[12]。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[13]。自1997年Destoumieux等首次报道甲壳动物抗菌肽氨基酸全序列以来[14],从甲壳类动物如对虾血细胞中分离出多种抗菌肽。