劉培培 許凝
抗菌肽( antibacterial peptides,ABP)是指氨基酸數(shù)目小于 100,常帶正電荷,并具有抗菌活性的一類多肽。研究表明,抗 菌肽具有抗菌譜廣、相對分子質(zhì)量小、抗原性弱、穩(wěn)定性好, 快速殺菌等特性。近年長期濫用抗生素導(dǎo)致耐藥菌株逐漸增 多,而隨著抗菌肽的研究進(jìn)展,其較傳統(tǒng)抗生素具有不易產(chǎn) 生耐藥性優(yōu)勢??咕牡奶匦灶A(yù)示著它將成為抗生素的理想替代者。
一、抗菌肽的分類、結(jié)構(gòu)及功能
1.抗菌肽的分類:自1972年瑞典科學(xué)家Boman等 分離出抗菌肽天蠶素,迄今為止已發(fā)現(xiàn)及合成的抗菌肽有 4 000余種[1]。
抗菌肽根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為五類: (1)單鏈無半胱 氨酸(Cys)的抗菌肽,或由無規(guī)則卷曲連接的兩段僅一螺旋組 成的肽。 (2)富含某些氨基酸殘基,但不含半胱氨酸的抗菌肽。 (3)有2個或2個以上二硫鍵,具有B一折疊結(jié)構(gòu)的抗菌 肽。 (4)含1個二硫鍵的抗菌肽。 (5)由其他已知功能較大的多肽衍生而來的抗菌肽。
根據(jù)來源不同分為四類: (l)天然來 源的抗菌肽。 (2)酶解獲得的抗菌肽。 (3)基因工程生產(chǎn)的抗菌肽。 (4)化學(xué)合成的抗菌肽。
根據(jù)作用不同分為四類: (1)抗 腫癌作用肽。(2)抗細(xì)菌作用肽。(3)抗病毒作用肽。(4)抗寄生蟲作用肽。
2.抗菌肽的結(jié)構(gòu):抗菌肽多由6 - 84個氨基酸組成,不同來源、不同結(jié)構(gòu)的抗菌肽其一級結(jié)構(gòu)相差較大,多數(shù)抗菌肽一級結(jié)構(gòu)是N端含極性氨基酸、第二位氨基酸殘基為色氨酸及C端酰胺化。其二級結(jié)構(gòu)可分為d一螺旋、B-折疊、擴(kuò)展 結(jié)構(gòu)及環(huán)狀結(jié)構(gòu)[2]。大部分抗菌肽為陽離子型,極少數(shù)為陰離 子型。
3.抗菌肽的功能:抗菌肽具有耐酸堿、穩(wěn)定性好、抗病 毒、抗腫瘤、廣譜抗菌、抗寄生蟲作用。研究表明抗菌肽對細(xì)菌具有廣泛抗菌作用,尤其是對白念珠菌及金黃色葡萄球 菌[3】。 目前抗菌肽的抗菌機制尚不明確,一般認(rèn)為抗菌機制主要是作用于細(xì)菌細(xì)胞膜,破壞其完整性這一觀點H??咕木哂锌共《咀饔?,田曼等圈研究表明抗菌肽LL-37可抑制呼吸 道合胞病毒的復(fù)制,其通過抑制呼吸道合胞病毒的核心功能區(qū)抑制病毒復(fù)制。同時抗菌肽可有效殺滅多種寄生蟲,如瘧 原蟲、杜氏利什曼原蟲等,Gelhaus等【q研究表明抗菌肽NK-2可殺死惡性瘧原蟲。抗菌肽亦具有廣譜抗腫瘤作用,包括宮頸癌、乳腺癌、髓樣白血病等,其抗腫瘤機制包括裂解腫瘤細(xì)胞膜、損傷腫瘤細(xì)胞骨架、破壞腫瘤綱胞線粒體結(jié)構(gòu)、破壞腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞核染色質(zhì)等多種機制。
二、抗菌肽在下呼吸道感染中的研究進(jìn)展 下呼吸道感染常見病原體為肺炎鏈球菌、金黃色葡萄球 菌、肺炎克雷伯桿菌、銅綠假單胞菌、大腸埃希菌、流感嗜血桿菌等??咕木哂袕V譜抗菌作用,Noore等[7研究表明抗菌
肽LL-37可高效、迅速殺死細(xì)胞內(nèi)及細(xì)胞外金黃色葡萄球菌,其在250 nmol/L濃度下可殺死90%細(xì)胞外的金黃色葡萄 球菌,與傳統(tǒng)抗生素相比具有明顯優(yōu)勢。Zhu等fs研究發(fā)現(xiàn)抗 菌肽HBD-3可以抑制耐甲氧西林金黃色葡萄球菌及耐甲氧 西林表皮葡萄球菌等耐藥性葡萄球菌,其機制為抑制細(xì)菌的 生物膜形成。Hirt和Gor-—9rh3f究發(fā)現(xiàn)抗菌肽GL13K可抑制銅綠假單胞菌生物膜的形成,其對銅綠假單胞菌的小抑菌濃度( MIC)為5.6 Jimol/L。Saiman等【1 0l研究表明抗菌肽SMAP29可在1 min內(nèi)引起銅綠假單胞菌細(xì)胞膜水腫,th內(nèi)將細(xì)菌殺死,其MIC為0.06 - 8.00“mol/L。而Kalita等1于2004年通 過體內(nèi)和體外實驗表明抗菌肽HNP-1與抗結(jié)核藥物有協(xié)同 作用,其機制可能是抗菌肽HNP-1在殺死了結(jié)核分枝桿菌的 同時增加了杭結(jié)核藥物的吸收率,這意味著抗菌肽可作為抗 結(jié)核的一種輔助藥物??咕牟粌H有抗菌作用,其也可協(xié)助 臨床診斷,曾曉東等[tq研究認(rèn)為抗菌肽LL-37可為結(jié)核性胸膜炎提供診斷依據(jù),其通過檢測58例結(jié)核性胸膜炎患者與30例非結(jié)核性胸膜炎患者血漿及胸腔積液中抗菌肽LL-37和ADA水平,結(jié)果表明結(jié)核患者胸腔積液抗菌肽LL-37水 平低于非結(jié)核患者,胸腔積液中抗菌肽LL-37與土DA呈負(fù)相關(guān),通過檢測胸腔積液中抗菌肽LL-37水平可協(xié)助診斷結(jié)核性胸膜炎。
近年,支原體、衣原體等非典型病原菌感染在下呼吸道感染中的比例逐年增加,2007年一項全球性研究顯示非典型病原菌感染占220/e,其中亞洲非典型病原菌感染率為 20%c'3]。隨著抗生素的應(yīng)用,非典型病原菌耐藥性同樣逐年增 加,Liu等【'4lh3f究表明肺炎支原體對大環(huán)內(nèi)脂類藥物的耐藥率 達(dá)83%。而隨著抗菌肽的研究,Tani等【18發(fā)現(xiàn)cathelin-related抗菌肽( CRAMP)在小鼠肺炎支原體感染模型中的肺泡灌洗液中高表達(dá),肺炎支原體感染可誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞產(chǎn)生CRAMP,這表明CRAMP在肺炎支原體感染中具有重要 作用。 此外,抗菌肽對多重耐藥菌同樣有效,Giacometti等【Iq體 外研究發(fā)現(xiàn)cecropin A-melitlin peptides、蜂毒肽及CA(1-7)M(2-9)具有抗耐藥鮑曼不動桿菌作用,其MIC分別為 0.25-16.00 mg/L、0.50 - 32.00 mg/L、0.50 - 32.00 mgfL.L 6 pez-Rojas等‘11于201 1年研究顯示cecropin A-melitlin peptides可 短效治療泛耐藥鮑曼不動桿菌感染引起小鼠腹膜膿毒癥 模型。
三、在其他疾病中的研究進(jìn)展20世紀(jì)90年代,研究者開始研究抗菌肽對口腔微生物的作用,Concannon等[1q研究發(fā)現(xiàn)KSL可抑制口腔常見致齲 齒菌,說明抗菌肽可作為一種潛在的擾生素應(yīng)用于口腔疾病的治療。Baroni等[19]2009年研究表明抗菌肽HBD-2可促進(jìn)人內(nèi)皮細(xì)胞毛細(xì)血管的形成,有利于傷口的愈合。Hirsch等剛用 動物模型研究表明抗菌肽HBD-3可顯著促進(jìn)糖尿病患者傷口的愈合,可有望用于糖尿病足的治療。李晶琴等研究表明抗菌肽BPI147-161可中和內(nèi)毒素,可能成為治療感染性 休克的新方案。此外,Lin等口日體外實驗研究表明蝦抗脂多糖因子肽可增強順鉑的抗癌活性,同時可抑制腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn) 移。
另外,研究表明抗菌肽可增強生物體的免疫系統(tǒng)功能以 避免病原體的侵害四。
隨著耐藥菌株的不斷出現(xiàn),臨床上迫切需要一種新的抗生素用于治療各種感染性疾病。此外,隨著腫瘤患者的逐年增多,我們也迫切需要一種新的抗腫瘤途徑,抗菌肽的廣譜 抗菌、廣譜抗腫瘤等作用意味著它將成為臨床中的新的治療選擇。
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(收稿日期:2014-01-17) (本文編輯:李冬利)