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哺乳动物抗菌肽的研究 滕 勇 腾尚辉 喻礼怀
（扬州大学畜牧兽医学院，江苏扬州225009）
摘 要 抗菌肽在宿主抵抗病原微生物感染中起重要作用，是天然免疫的重要介质，其通过改变细菌细胞膜的通透性而发挥抗菌作用，这不同于抗生素通过阻断大分子生物合成的作用机理，因而致菌不易对其产生耐药性。下面就几种哺乳动物抗菌肽特性、抗菌机理、基因工程研究、应用前景及存在问题进行综述。 关键词 抗菌肽；作用机制；哺乳动物
中图分类号：S816.75 文献标识码：A 文章编号：1004－0084（2003）09-0014-03
抗菌肽（Antibacterial peptides）是生物体产生的一种具有抗菌活性的多肽，迄今为止，已在许多生物中发现了300多种这样的内源性抗菌肽，可大致分为4类：富含cys残基的Defensin（防御素）；富含pro残基的Magainin（蛙皮素）；富含gly残基的Melittin（蜂毒素）； CecroPin（杀菌肽）类。这些抗菌肽具有广谱抗菌活性，同时还有高效的抗真菌和（或）抗病毒和（或）抗原虫和（或）抗肿瘤活性，是宿主防御细菌、真菌等病原微生物入侵的重要分子屏障。因此，这些肽类抗菌物质在医学和农业上显示了潜在的研究和应用价值。 1 不同哺乳动物的抗菌胜及其特点。 1．1 牛抗菌肽
较早从牛中性粒细胞中分离出的是一个环状的十二肽Bactencin，含一个二硫键，其二级结构为β一转角。它对野生型G-菌特别敏感，与脂多糖有很高的亲和力。Bac7和Bac5是线性阳离子肽，分子量分别为7000 Da和5000 Da，且富含Pro和Arg。体外试验表明，这种十二肽能有效杀灭大肠杆菌、沙门氏菌、绿脓杆菌等G-菌。另外，从牛奶中也分离出3种抗菌肽，试验表明其具有抑制肠毒性大肠杆菌及单核细胞增多性李氏杆菌的生长。
防御素是哺乳动物中研究最多的抗菌肽，其分为α－defensin和β-defensin两大类。其中，β－defensin是一组具有独特氨基酸序列的抗菌肽，含38－42个氨基酸，有3个分子内二硫键，其中6个cys残基在肽链上所处位置与defensin家族不同，且N端有一个不同于defensin的5一羟脯氨基。Schonwetter等[1]研究表明，在牛气管上皮发现的抗菌肽TAP和舌上皮发现的抗菌肽LAP均属β-defensin家族，分别由42和38个氨基酸组成，都有抗G－菌和G＋菌及真菌活性作用。 1．2 猪抗菌肽
Lee等（1989）首先从猪小肠分离出抗菌肽ce-cropin p1，其含31个氨基酸残基，分子量 3339 Da，不含cys。PR－39是另一个从猪小肠分离到的抗菌肽，分子量为4717 Da，含7种氨基酸，富含Pro和Arg。Agerberth等[2]研究表明，PR－39对G－菌如大肠杆菌。沙门氏菌和G＋菌如巨大芽孢杆菌、化脓链状球菌都很敏感。Andersson等[3]又从猪小肠中纯化到一个含78种残基的抗菌肽NK－lysin，分子量为8924 Da，且从猪骨髓DNA文库分离到它的克隆。它有3个分子内二硫键，对巨大芽孢杆菌。化脓链状菌、大肠杆菌等有抗菌活性，而且对NK一敏感型小鼠肿瘤细胞株YAC－l有显著裂解活性，但不裂解红细胞。据报道，有人从猪小肠中分离到肽3910，其C一端酰胺化，对巨大芽孢杆菌敏感。
Protegrins（PGs）是从猪白细胞中分离到的抗菌肽，富含Cys，具有抗G＋菌、G一菌及HIV病毒活性。Heller[4]报道，其中PG－l有两个分子内二硫键，C端酰胺化，Th级结构为β-折迭，在脂质双层中PG－l呈S状态向I状态改变过程。在S状态PG－l与膜相互作用并以剂量依赖方式降低双层膜的厚度直至跨越双层膜，随即转变为I状态。另外，在猪白细胞
中还分离到5个小分子抗菌肽，它们仅含有16－18个氨基酸残基。 1．3 羊抗菌肽 至今，在绵羊中至少已发现10种抗菌肽基因，从绵羊、山羊白细胞分离的抗菌肽OaBac5和CHBac5与牛Bac5同源，富含Pro，具有广谱抗菌特点，且在低盐浓度下仍有抗菌活性。Shamova等[5]研究发现，富含Pro的Bacs肽类在反刍动物中高度保守，这可能有利于其先天的防御体系。
2 抗菌肽的作用机理
抗菌肽具有广谱杀菌作用，其抗菌机理与其结构有着千丝万缕的联系。抗菌肽在结构上大多具有两亲性α螺旋，也有一部分具有两亲性β片层或同时具有以上两亲性α螺旋和两亲性β片层结构。抗菌肽分子通过其两亲性α螺旋上的正电荷与细菌细胞质膜磷脂分子上负电荷之间的静电吸引而结合在质膜上，紧接着抗菌肽分子的流水段借助于分子中的连接结构的柔性，随即插入到质膜中，之后抗菌肽分子两亲性α螺旋也插入到质膜中，这样就打乱了质膜上蛋白质和脂质原有的排列秩序。由于抗菌肽的α螺旋是亲水、疏水两系性的，所以最终通过膜内分子间的相互位移，就可以使抗菌肽分子相互聚集在一起形成离子性通道。因此使细菌失去了膜势，不能保持正常的渗透压而死亡。 哺乳动物防御素的二级结构是两亲β-折迭，其杀菌机理类似于Cecropins在膜上形成离子通道。从人防御素的二聚体晶体结构看，Hill等[6]认为防御素分子可能有3种方式与脂质双层相互作用并渗透质膜，提出了渗透脂质双层的契形模型和孔道模型假说。在契形模型中，二聚体的疏水表面埋入脂质双层中，破坏脂质双层间的相互作用从而渗透质膜；在孔道模型中，两个二聚体在质膜中装配成极性的头对极性的头，两个非极性的尾对磷脂膜的模式，两个Th聚体的尾部4个疏水性侧链形成两个微型通道（mini－channel，且完全横跨双层膜；或者，上述二聚体旋转90度，然后几个二聚体首尾相连从而横跨质膜，形成孔道。而与PR－39结构相似的Bac5和Bac7，由于Pro残基的存在也不能形成。螺旋，它们通过影响膜上的能量转运和代谢，损害呼吸链的功能而杀死细菌。
由此可看出，抗菌肽的抗菌机理与通过阻断大分子的生物合成来发挥作用的抗生素的抗菌机理是完全不同的，而且病原菌不易对其产生耐药性，因而抗菌肽将会是新抗菌药的来源。 3 应用前景及存在的问题
抗菌肽是哺乳动物防御素系统的一个重要组成部分，具有热稳定、水溶性好、广谱杀菌（有的甚至能杀真菌、原虫）等优点，而且与抗生素的作用机制完全不同，不易产生耐药性，显示了抗菌肽具有独特的研究和应用价值。 3．1 转基因研究及应用
仔猪腹泻、奶牛乳房炎及各种病毒性疾病（如猪瘟、鸡新城疫等）一直是棘手的疾病，不利于畜牧业的发展。借鉴已成功的昆虫抗菌肽转基因工程，如转基因蚊子、转基因水稻、转基因马铃薯等，把特异的抗菌肽基因转人畜禽特定细胞让其表达，从而产生抗病新品种，不失为一条发展畜牧业生产的新思路，前景深远。 3．2 抗菌肽添加剂研究及其应用 研究表明，用基因工程方法生产环保型抗菌肽添加剂，或者通过日粮因素调控抗菌肽基因的表达可达到不踊坏肠道微生态平衡、畜产品无抗生素残留的目的。 由于抗菌肽抗菌机制的特殊性，其抑制微生物的生长是非常迅速的，人畜食后易被体内的蛋白酶水解消化，无毒副作用。此外，抗菌肽的杀菌作用比一般化学防腐剂的抑菌作用好。是一种具有前途的新型食品防腐剂。 3．3 药用前景
随着传统抗生素的广泛及长期应用，许多病原菌对它们产生了耐药性，而具有广谱抗菌且有独物的抗菌机制的抗菌肽显然在这方面的应用研究中具明显优势。随着对抗菌肽结构与活性
的关系、抗菌作用机制有其基因表达调控机制认识的不断深化，设计一种高效的、有利于人类健康的抗菌肽作抗生素替代品是完全可行的。 但是，真核基因表达调控是一个复杂的过程，转录因子可以形成复合物和调控元件相互作用，它们构象的变化、基因的修饰等都在调控过程中起作用，这便使这一过程的研究面临着新的挑战。阐明抗菌肽的调控机制对于深和认识机体抵抗病原微生物的侵袭机制，进而人为地调控抗菌肽的表达，增强机体抗感染能力都有重要意义。所以，对抗菌肽的结构、构效关系及作用机理还需进一步研究。