review：抗菌肽及其基因工程表达研究概况

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1、抗菌肽及其基因工程表达研究概况当前，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)[24]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. 抗菌肽的生物活性及作用机制1.1抗菌肽的抗细菌作用  在APD数据库中有1158个

2、抗细菌肽，至少有113种以上的不同细菌均能被抗菌肽所杀灭。抗菌肽的抗菌作用机理的研究比较多。一是基于膜攻击作用的杀菌机制有一下几个模型[1，2]：（1）桶板模型(barrel-stavemodel)：带正电荷的含α-螺旋抗菌肽单体与细胞膜上带负电荷的磷脂分子相互吸引而结合在细胞膜表面，多个抗菌肽分子形成多聚体，扰乱了质膜上蛋白质和脂质原有的排序，并以与膜表面垂直的排列方式将疏水基团插到磷脂双分子层，形成横跨细胞膜的离子通道，造成细胞质物质泄漏和电化学势丧失，细胞膜崩解而导致细胞死亡。（2）地毯模型(carpetmodel)：以该机制杀菌的抗菌肽并不插入细胞膜内部，但在电荷作用下，一定浓度的

3、抗菌肽像地毯样展开平行排列在细胞膜表面或形成颗物，利用疏水作用和分子张力作用改变细胞膜的表面张力，从而在细胞膜上出现暂时的孔洞，除了细胞液的相互渗透，抗菌肽还可通过此孔洞进入细胞。（3）穿孔螺旋模型（toroidal-holemodel）：抗菌肽分子的极性端与磷脂分子的极性端相对一起形成以螺旋状形式的连续翻转，从而导致膜的完整性破坏和功能丧失；（4）分子团聚集式(micellaraggregate)：抗菌肽分子以不规则形式聚集于膜表面，类似地毯式模型的作用形成跨膜电势差而导致膜损伤。二是基于抗菌肽的非膜结构破坏型机制，包括抗菌肽穿过细胞膜或核膜，作用于胞内DNA、RNA，酶和蛋白质等分子，

4、可抑制细胞外膜蛋白质，细胞壁的合成，抑制细胞的呼吸作用。如Carlsson等研究发现，attacin能够抑制大肠杆菌细胞外膜蛋白相关基因的转录，导致细胞的通透性增加，从而抑制细菌生长[3]。Fehlbaum等用40µM的昆虫抗菌肽thanatin处理大肠杆菌1h后细胞呼吸作用明显变弱，处理6h时后呼吸作用则完全停止，从而推断thanatin可能是通过抑制细胞的呼吸作用杀灭细菌。1.2抗菌肽的抗病毒作用目前在APD数据库中有97个抗病毒肽，研究证明抗菌肽可以3种不同的机制起到抗病毒的作用：（1）可直接与病毒颗粒相互作用，如α-防御素等直接与对疱疹病毒粒子相结合而起作用；（2）干扰病毒的侵染过

5、程，蜂毒素及其类似物K7I的结构与烟草花叶病毒衣壳蛋白的部分氨基酸序列存在相似性，以伪装成病毒包被蛋白，干扰病毒的正常组装；（3）抑制病毒的复制，蜂毒素和杀菌肽A可抑制HIV的复制。1.3抗菌肽对真菌的作用目前在APD数据库中有97个抗真菌肽。来源于哺乳动物的防御素对一些人类致病真菌具有杀伤作用；截取天蚕素A和蜂毒索分子的片段，合成杂合肽分子处理真菌孢子原生质体，发现不但真菌细胞壁无法恢复，而且细胞也被破坏，无法保持正常的细胞形态。抗菌肽抗真菌的作用机理包括：（1）阻止、破坏真菌细胞壁的合成，如棘球白素（echinocandins）是1，3-β-葡聚糖合成酶的抑制物，通过非竞争性抑制葡聚糖

6、的合成而抑制真菌细胞生长；（2）与真菌细胞内线粒体、核酸等大分子细胞器相互作用导致真菌死亡；（3）攻膜作用，在脂膜上形成孔洞，使重要的内容物外泄。1.4抗菌肽的抗原虫作用部分抗菌肽可以有效地杀灭寄生于人类和动物的寄生虫。杀菌肽的类似物ShivaI在体外可以杀死恶性疟原虫[4]；杀菌肽／蜂毒素的杂合肽可以杀伤利什曼鞭毛虫。抗菌肽杀灭寄生虫时主要作用于寄生虫细胞质膜，损坏质膜形态，迅速降低W／OH的通透性，破坏膜电势。1.5抗菌肽的抑制肿瘤细胞作用目前在APD数据库中还有95个抗肿瘤肽。肿瘤细胞对抗菌肽的敏感度比正常细胞要高，这可能与肿瘤细胞外膜含有较高的酸性磷脂成分有关，而肿瘤细胞的细胞骨架

7、系统不完善，也可能是易受抗菌肽作用的原因。抗菌肽对癌细胞的作用主要是可以插入质膜，使双分子层发生融解、完整性被破坏，细胞膜上形成的孔洞使内容物外泄，线粒体出现空泡化，嵴脱落，核膜破损，界限模糊不清，核染色体DNA断裂，并抑制染色体DNA的合成。抗菌肽的抗肿瘤作用的另外一个可能机制是诱导细胞凋亡。Mai等研究发现，将抗菌肽DP1局部注射到小鼠的体瘤内，DP1可以迅速诱导肿瘤细胞凋亡，因此诱导细胞凋亡可能是抗菌肽作用机制中的