抗菌肽概况
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抗菌肽(antimicrobial peptide):抗菌肽原指昆虫体内经诱导而产生的一类具有抗菌活性的碱性多肽物质,分子量在2000~7000左右,由20~60个氨基酸残基组成。
这类活性多肽多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌等特点。
1分类:结构分为5类:(1)单链无半胱氨酸残基的α-螺旋,或由无规卷曲连接的两段α-螺旋组成的肽;(2)富含某些氨基酸残基但不含半胱氨酸残基的抗菌肽;(3)含1个二硫键的抗菌多肽;(4)有2个或2个以上二硫键、具有β-折叠结构的抗菌肽;(5)由其它已知功能的较大的多肽衍生而来的具有抗菌活性的肽。
来源分类可将其分为6类:(1)昆虫抗菌肽(2)哺乳动物抗菌肽(3)两栖动物抗菌肽(4)鱼类、软体动物、甲壳类动物来源的抗菌肽(5)植物抗菌肽(6)细菌抗菌2效应:抗菌肽具有广谱抗菌活性,对细菌有很强的杀伤作用。
3作用机制:一般认为抗菌肽杀菌机理主要是作用于细菌的细胞膜,破坏其完整性并产生穿孔现象,造成细胞内容物溢出胞外而死亡。
首先由静电吸引而附于细菌膜表面,疏水性的C端插入膜内疏水区并改变膜的构象,多个抗菌肽在膜上形成离子通道而导致某些离子的逸出而死亡。
亦有学者认为抗菌肽作用于膜蛋白引起凝聚、失活及离子通道,引起膜渗透性改变而导致死亡,不同类别的抗菌肽的作用机理可能不一样。
4.抗菌肽对细菌的杀伤作用抗菌肽对革兰氏阴性及阳性细菌均有高效广谱的杀伤作用。
国内外已报道至少有113种以上的不同细菌均能被抗菌肽所杀灭。
5.预防败血症:天然抗菌肽具有选择性免疫激活和调节功能,对败血症有良好的预防和保护作用。
败血症是由细菌感染引起的,伴随有全身性炎症反应综合症状的一种危重疾病。
病原微生物感染诱导促炎症因子大量释放,导致多种重要器官衰竭,具有较高死亡率。
6.总结:抗菌肽要成为药物,还需要解决一些问题。
首先是来源问题。
由于昆虫抗菌肽的天然资源有限,化学合成和基因工程便成为获取抗菌肽的主要手段。
一、概述抗菌肽是生物体内经诱导产生的一种具有生物活性的小分子多肽,分子量在2000~7000左右,由20~60个氨基酸残基组成。
这类活性多肽多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌等特点。
世界上第一个被发现的抗菌队是1980年由瑞典科学家G.Boman等人经注射阴沟通杆菌及大肠杆菌诱导惜古比天蚕蛹产生的具有抗菌活性的多肽,定名为Cecropins。
此后数年间,人们相继从细菌、真菌、两栖类、昆虫、高等植物、哺乳动物乃至人类中发现并分离获得具有抗菌活性的多肽。
由于最初人们发现这类活性多肽对细菌具有广谱高效杀菌活性,因而命名为“antibactetial pepiides,ABP”,中文译为抗菌肽,其原意为抗细菌肽。
随着人们研究工作的深入开展,发现某些抗细菌肽对部分真菌、原虫、病毒及癌细胞等均具有强有力的杀伤作用,因而对这类活性多肽的命名许多学者倾向于称之为”peptide antibiotics”一多肽抗生素。
二、抗菌肽的理化性质、作用机理和作用范围天然抗菌肽通常是由30多个氨基酸残基组成的碱性小分子多肽,水溶性好,分子量大约为4000道尔顿左右。
大部分抗菌肽具有热稳定性,在l00℃下加热10~15min仍能保持其活性。
多数抗菌肽的等电点大于7,表现出较强的阳离子特征。
同时,抗菌肽对较大的离子强度和较高或较低的pH值均具有较强的抗性。
此外,部分抗菌肽尚具备抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶水解的能力。
抗菌肽功能从目前的研究结果来看,一般认为抗菌肽杀菌机理主要是作用于细菌的细胞膜,破坏其完整性并产生穿孔现象,造成细胞内容物溢出胞外而死亡。
首先由静电吸引而附于细菌膜表面,疏水性的C端插入膜内疏水区并改变膜的构象,多个抗菌肽在膜上形成离子通道而导致某些离子的逸出而死亡。
亦有学者认为抗菌肽作用于膜蛋白引起凝聚、失活及离子通道,引起膜渗透性改变而导致死亡,亦有学者提出抗菌肽是否存在特异性的膜受休及有无其它因子的协同作用等问题。
抗菌肽结构抗菌肽是一类小分子多肽,具有广泛的抗菌活性,可对细菌、真菌和病毒等多种微生物产生作用。
抗菌肽的结构与功能密不可分,本文将对抗菌肽的结构进行详细介绍。
一、抗菌肽的结构分类根据抗菌肽的结构,可将其分为α-抗菌肽、β-抗菌肽和抗菌肽片段三种类型。
1.α-抗菌肽α-抗菌肽主要由一条或多条α-螺旋构成,因此具有很好的抗菌作用。
例如人体内的免疫球蛋白、溶血素等都属于α-抗菌肽。
2.β-抗菌肽β-抗菌肽由β-折叠结构组成,结构紧凑稳定。
β-抗菌肽在形成空间结构时,主要通过氢键和范德华力进行相互作用。
例如皮脂膜素和防御素等都是β-抗菌肽。
3.抗菌肽片段抗菌肽片段由蛋白质的N端和C端的一小段肽链组成,这种结构通常具有特殊的生物活性,例如嗜血素和鱼类天然免疫短肽等。
二、抗菌肽的功能抗菌肽具有广泛的抗菌活性,并且不易被菌体产生抗性,因此在医学和生物技术领域有很重要的应用。
1.抗菌作用抗菌肽的主要功能是抑制细菌的生长和繁殖,同时还能杀死一些细菌。
抗菌肽与细菌的交互作用涉及一系列的生物化学反应,通过这种反应,抗菌肽可以破坏细菌的细胞壁和膜结构,导致细菌溶解或死亡。
2.免疫调节作用抗菌肽还能调节机体的免疫功能,增强机体的抵抗力。
例如抗菌肽可以促进机体各种免疫细胞的活化和增殖,促进炎症反应等。
3.促进创口愈合抗菌肽不仅能抑制细菌的生长,还能促进人体细胞的增殖和分化,因此具有促进创口愈合的作用。
三、抗菌肽的结构与功能关系抗菌肽的结构与其生物学功能密切相关。
抗菌肽通过与细菌细胞膜融合,形成一个“孔道”破坏细菌细胞结构,从而发挥抗菌作用。
1.抗菌肽的靶向作用抗菌肽结构中含有高度维序化的段序结构,使得抗菌肽具有较好的靶向作用。
抗菌肽能够较为有效地与细菌膜结合,从而针对细菌生长发挥作用。
2.抗菌肽的膜修饰作用抗菌肽具有膜修饰作用,它们能够与细菌膜结合,并改变细菌膜内的极性和疏水性。
3.抗菌肽的疏水性抗菌肽中大多包含氨基酸残基中的疏水基团,这些基团能够与细菌膜和细菌蛋白质分子结合,使分子间的相互作用变得更加紧密。
一、概述抗菌肽是生物体内经诱导产生的一种具有生物活性的小分子多肽,分子量在2000~7000左右,由20~60个氨基酸残基组成。
这类活性多肽多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌等特点。
世界上第一个被发现的抗菌队是1980年由瑞典科学家G.Boman等人经注射阴沟通杆菌及大肠杆菌诱导惜古比天蚕蛹产生的具有抗菌活性的多肽,定名为Cecropins。
此后数年间,人们相继从细菌、真菌、两栖类、昆虫、高等植物、哺乳动物乃至人类中发现并分离获得具有抗菌活性的多肽。
由于最初人们发现这类活性多肽对细菌具有广谱高效杀菌活性,因而命名为“antibactetial pepiides,ABP”,中文译为抗菌肽,其原意为抗细菌肽。
随着人们研究工作的深入开展,发现某些抗细菌肽对部分真菌、原虫、病毒及癌细胞等均具有强有力的杀伤作用,因而对这类活性多肽的命名许多学者倾向于称之为”peptide antibiotics”一多肽抗生素。
二、抗菌肽的理化性质、作用机理和作用范围天然抗菌肽通常是由30多个氨基酸残基组成的碱性小分子多肽,水溶性好,分子量大约为4000道尔顿左右。
大部分抗菌肽具有热稳定性,在l00℃下加热10~15min仍能保持其活性。
多数抗菌肽的等电点大于7,表现出较强的阳离子特征。
同时,抗菌肽对较大的离子强度和较高或较低的pH值均具有较强的抗性。
此外,部分抗菌肽尚具备抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶水解的能力。
抗菌肽功能从目前的研究结果来看,一般认为抗菌肽杀菌机理主要是作用于细菌的细胞膜,破坏其完整性并产生穿孔现象,造成细胞内容物溢出胞外而死亡。
首先由静电吸引而附于细菌膜表面,疏水性的C端插入膜内疏水区并改变膜的构象,多个抗菌肽在膜上形成离子通道而导致某些离子的逸出而死亡。
亦有学者认为抗菌肽作用于膜蛋白引起凝聚、失活及离子通道,引起膜渗透性改变而导致死亡,亦有学者提出抗菌肽是否存在特异性的膜受休及有无其它因子的协同作用等问题。
抗菌肽抗菌肽(antibacterial peptides,ABPs)是生物体产生的一类具有广谱抗菌、抗病毒、杀寄生虫、抗肿瘤等活性的小分子多肽的总称,广泛分布于自然界的各种生物体内。
国际文献中趋向于称为抗微生物肽(antimicrobial peptides,AMPs)或者“肽抗生素”(peptide antibiotics)。
抗菌肽是宿主天然防御的重要参与者,在先天性免疫和获得性免疫中发挥重要作用,因其产生比IgM快100多倍,因此也被称为机体的第一道防线[1]。
单细胞生物体产生的抗菌肽能够增强自身的竞争优势[2,3],而多细胞生物体产生的抗菌肽是先天性免疫系统极其重要的组成成分, 在抵抗外来微生物的入侵方面发挥重要作用[4,5]。
抗菌肽因其具有抗菌谱广、不受传统抗生素耐药突变株影响、不易产生耐药菌株、与传统抗生素有协同作用、中和内毒素等特性,90年代以来已成为国内外免疫学和分子生物学的研究热点,研究内容主要包括抗菌肽的分离与纯化、蛋白质构型与功能的关系、作用机理、应用基因工程克隆与表达抗菌肽基因、改造合成抗菌肽基因以及动植物的转抗菌肽基因工程等[6]。
由于抗菌肽具有天然抗菌性,作用迅速,选择性强,而且很少有耐药性的发生,因此很有可能成为新一代绿色抗菌剂和免疫调节剂。
1抗菌肽的分布、种类和理化特性抗菌肽最早是在1972年由瑞典的科学家Boman等[7]在果蝇中发现,而第一个真正意义上的抗菌肽是由Steiner等[8]从惜古比天蚕蛹中通过注射阴沟肠杆菌及大肠埃希氏菌诱导分离出来,定名为天蚕素(Cecropins)。
目前已知的抗菌肽有1200多种,已从生物界包括细菌、真菌、昆虫、鱼类、两栖类动物、甲壳类动物、鸟类、哺乳动物和植物体中都发现了抗菌肽或类似抗菌肽的小分子肽类,主要由消化道、呼吸道、泌尿生殖道和皮肤的上皮细胞或淋巴细胞等产生[9]。
而每个有机体内都含有多种不同种类的抗菌肽,如在牛体内就发现了包括defensin、BMAP、indolicidin、bactenecin以及其它具有抗菌活性的蛋白片段在内的38种抗菌肽[10]。
抗菌肽的概念抗菌肽(Antibacterial peptide)又叫抗微生物肽(Antimicrobial peptide)、抗生素肽(Antibiotics peptide),是在多种生物体内存在的具有广谱杀菌、抑病毒、抑杀肿瘤细胞等多种作用的一类活性多肽。
1974年,瑞典科学家Boman等人向眉纹天蚕蛾(Samia cynthia)蛹注射阴沟通杆菌及大肠杆菌时,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。
1981年,这种具有抗菌活性的物质被命名为cecropin,这是人们第一次真正意义上发现抗菌肽。
目前科学家已在昆虫、哺乳动物、两栖动物和细菌的体内或分泌物中发现了上千种的抗菌肽。
1.抗菌肽理化特性和结构抗菌肽一般由10~50 个AA组成,分子量较小,无(弱)免疫原性。
富含疏水和碱性aa,所以多数抗菌肽都带正电荷。
由于抗菌肽分子量小,大多数抗菌肽只具有二级结构,这就决定了抗菌肽耐高温能力较强,并且在较大的离子强度和较低或较高的pH值下仍可保持较强的活性。
抗菌肽的二级结构包括(1)α-螺旋结构,如天蚕素(Cecropins),蛙皮素( Magainins)等。
(2)β-折叠型,该类抗菌肽是在分子内有2~6个二硫键的抗菌肽类,有代表性的是动物防御素。
β-防御素广泛存在于不同的上皮组织中,可能参与上皮和黏膜的抗感染防御。
利用射线晶体衍射研究人嗜中性粒细胞中分离到的防御素(HNP-2)的结构时发现,在晶体状态下,防御素是以二聚体形式存在的。
每个单体都有3股反平行的折叠片以二硫键连接,不对称的2个单体分子紧密靠近,并对二次旋转轴对称。
(3)伸展性螺旋结构,该类抗菌肽不含半胱氨酸,但富含脯氨酸和精氨酸或色氨酸等,由15~34个氨基酸残基组成,在两性分子内部形成分子内α-螺旋,如从蜜蜂体内分离到的apidaecins中脯氨酸和精氨酸的含量分别高达33% 和17 %。
抗菌肽的概念抗菌肽的概念抗菌肽(Antibacterial peptide)又叫抗微生物肽(Antimicrobial peptide)、抗生素肽(Antibiotics peptide),是在多种生物体内存在的具有广谱杀菌、抑病毒、抑杀肿瘤细胞等多种作用的一类活性多肽。
1974年,瑞典科学家Boman等人向眉纹天蚕蛾(Samia cynthia)蛹注射阴沟通杆菌及大肠杆菌时,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。
1981年,这种具有抗菌活性的物质被命名为cecropin,这是人们第一次真正意义上发现抗菌肽。
目前科学家已在昆虫、哺乳动物、两栖动物和细菌的体内或分泌物中发现了上千种的抗菌肽。
1.抗菌肽理化特性和结构抗菌肽一般由10~50 个AA组成,分子量较小,无(弱)免疫原性。
富含疏水和碱性aa,所以多数抗菌肽都带正电荷。
由于抗菌肽分子量小,大多数抗菌肽只具有二级结构,这就决定了抗菌肽耐高温能力较强,并且在较大的离子强度和较低或较高的pH值下仍可保持较强的活性。
抗菌肽的二级结构包括(1)α-螺旋结构,如天蚕素(Cecropins),蛙皮素(Magainins)等。
(2)β-折叠型,该类抗菌肽是在分子内有2~6个二硫键的抗菌肽类,有代表性的是动物防御素。
β-防御素广泛存在于不同的上皮组织中,可能参与上皮和黏膜的抗感染防御。
利用射线晶体衍射研究人嗜中性粒细胞中分离到的防御素(HNP-2)的结构时发现,在晶体状态下,防御素是以二聚体形式存在的。
每个单体都有3股反平行的折叠片以二硫键连接,不对称的2个单体分子紧密靠近,并对二次旋转轴对称。
(3)伸展性螺旋结构,该类抗菌肽不含半胱氨酸,但富含脯氨酸和精氨酸或色氨酸等,由15~34个氨基酸残基组成,在两性分子内部形成分子内α-螺旋,如从蜜蜂体内分离到的apidaecins中脯氨酸和精氨酸的含量分别高达33%和17 %。
抗菌肽概况范文抗菌肽是一类具有广谱抗菌活性的小分子肽类物质。
它们由20个天然氨基酸组成,通常长度在10到50个氨基酸残基之间。
抗菌肽广泛存在于自然界中,包括动物、植物和微生物体内。
抗菌肽具有与抗生素相类似的抗菌活性,但相对于抗生素而言,抗菌肽具有以下几个重要特点:1.广谱抗菌活性:抗菌肽对多种细菌、真菌、寄生虫和病毒都具有抗菌活性,包括对耐药菌株的抗菌作用。
这种广谱性使得抗菌肽在抗菌治疗中具有很大的应用潜力。
2.快速杀菌作用:相较于抗生素,抗菌肽的杀菌作用更快。
一般来说,抗菌肽能在几分钟内杀死细菌,而抗生素通常需要几个小时才能起效。
这种快速杀菌作用使得抗菌肽在治疗严重感染和生化战争中具有重要的作用。
3.作用靶点独特:抗菌肽的作用靶点不同于抗生素,抗菌肽主要通过作用于细菌细胞膜而发挥杀菌作用。
它们与细菌细胞膜上的脂质相互作用,导致细胞膜的破坏和细胞死亡。
这种独特的作用机制使得细菌难以产生耐药性。
4.免疫调节功能:除了抗菌活性外,抗菌肽还具有调节免疫反应的功能。
它们能够激活免疫细胞(如巨噬细胞、淋巴细胞等)的活性,促进炎症反应和清除细菌的能力。
此外,抗菌肽还参与抗菌肽和炎症调节,通过调节免疫反应来减轻炎症。
5.低毒性和高生物相容性:相对于抗生素,抗菌肽具有较低的毒性和高的生物相容性。
它们对人体细胞的伤害较小,并且可以被肝、肺、肾等组织摄取。
这些特点有助于抗菌肽在临床应用中的安全性和有效性。
尽管抗菌肽具有广泛的抗菌活性和其他生物功能,但目前尚未有抗菌肽药物投入临床使用。
1.生产和纯化困难:抗菌肽通常通过化学合成或基因重组技术来合成。
然而,由于抗菌肽长度较长、结构复杂,其生产和纯化工艺相对复杂,远远不能满足大规模生产的需求。
2.抗菌肽稳定性不足:抗菌肽在体内容易被体液降解和消耗,从而降低其治疗效果。
此外,抗菌肽在酸性环境中容易失活。
这些问题限制了抗菌肽的药理学研究和临床应用。
3.缺乏特异性:抗菌肽对于好菌和坏菌具有同等的杀菌作用,因此在体内应用存在着一定的问题。
抗菌肽名词解释
抗菌肽是一种广泛存在于各种生物体内的短小多肽,可静态杀死
细菌和其他病原体,又难以产生抗药性。
抗菌肽促进人体免疫系统的
抵抗力,是一种天然的抗生素,具有广阔的应用价值。
一、抗菌肽的定义
抗菌肽,又称抗微生物肽,是由20~50个氨基酸组成的小肽分子,在细菌、病毒、真菌等微生物的细胞壁、膜和某些生物活性分子
上产生作用,其抗菌作用可以归纳为直接杀死细菌和增强机体免疫力。
二、抗菌肽的作用和分类
1.抗菌肽的作用:
抗菌肽的作用主要是在生物体内维持正常的微生物环境和免疫系
统的平衡。
在现代医学中,抗菌肽已经被广泛应用在各种领域中,如
医疗、生物技术、食品工业等。
2.抗菌肽的分类:
根据抗菌肽在分子中的位置和分子量,抗菌肽可以分为两类:核
酸抗菌肽和蛋白抗菌肽。
三、抗菌肽在医学中的应用
抗菌肽在医学中的应用主要包括:保健品、诊断试剂、药物等方面。
具体地说,抗菌肽可以用于预防和治疗细菌和真菌感染,缓解炎
症反应,促进伤口愈合等。
四、抗菌肽的研究热点
目前,抗菌肽研究领域的热点问题主要包括以下几个方面:
1.抗菌肽的确切作用机制尚不清楚,需要进行进一步的研究;
2.开发新型抗菌肽,如重组抗菌肽,寻找更多的关键作用环节,
提高稳定性和活性;
3.通过天然抗菌肽组合,提高抗菌活性,展开药物的临床应用。
五、结语
抗菌肽是一类天然的抗生素,具有抗菌、抗病毒、抗癌、调节免
疫、促进伤口愈合等多方面的作用。
在医学中的应用潜力巨大,值得人们积极研究和开发。
未来,抗菌肽的研究将更加深入,应用范围也将得到进一步拓展。
抗菌肽概况1.1 抗菌肽的基本概况抗菌肽又称抗微生物肽(antimicrobialpeptide)或肽抗生素(peptide antibiotics),在动植物体内分布广泛,是天然免疫防御系统的一部分。
抗菌肽是近年来发现的广泛存在于自然界的一类阳离子抗菌活性肽。
越来越多的证据表明它们在宿主先天性免疫和适应性免疫中有着重要的作用。
目前国内外对抗菌肽的研究开发正不断深入。
抗菌肽(antibacterialpeptides)广义上是指存在于生物体内具有抵抗外界微生物侵害、消除体内突变细胞的一类小分子多肽。
抗菌肽是由生物细胞特定基因编码,经特定外界条件诱导产生的一类多肽。
1972年,瑞典科学家Boman对惜古比天蚕(Hyalophoracecropia)蛹注射蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus),首次发现了抗菌肽cecropin。
此后,对抗菌肽的研究取得了很大的进展,目前在昆虫、植物、哺乳动物、病毒、两栖类以及人类中已发现类似的抗菌活性物质达2000多种。
抗菌肽广泛存在于动物的免疫细胞(如吞噬细胞)、各种脏器的粘膜、皮肤以及植物的花、果、叶中。
有专家推测,抗菌肽在进化意义上最早可能参与了早期真核细胞的噬菌作用,这种作用既是细胞自身防御的需要,而且有可能通过降解微生物为自身生长提供需要的营养,并且最终在生物进化过程中作为防御分子被保留下来。
由于抗菌肽具有小分子的特点,可以快速合成并易于大量存储,与特异性免疫反应相比能更加迅速地对病原菌作出反应,使其成为生物机体先天性非特异性防御系统的重要组分,此外,抗菌肽还具有稳定、水溶性好、抗菌机制独特、对高等动物正常细胞无害等特点,显示了在医学和农业上潜在的研究价值和应用价值。
近年来,有关抗菌肽及其应用逐渐成为动物学、植物学、药理学及生理学等领域的研究热点。
1.2 抗菌肽的理化性质包括细菌、真菌、昆虫、被囊动物(tunicate)、两栖类动物、甲壳类动物、鸟类、鱼类、哺乳动物(包括人类)以及植物在内的所有生物体都可产生抗菌肽。
在哺乳动物中,抗菌肽(如defensins)是嗜中性白细胞的主要蛋白成分(占总蛋白10%--18%)。
在损伤黏膜表面抗菌肽的浓度升高,成为黏膜防御的重要物质。
抗菌肽是由10--50多个氨基酸残基组成的小肽,其相对分子质量较小(4KD左右)。
多数抗菌肽的水溶性较好,其N端亲水,C端疏水,具有双亲的性质,末端都是酰胺化的,水溶性好,分子量大约为4kD。
多数抗菌肽的等电点>7,等电点在8.9--10.7之间,具有较强的阳离子特征。
抗菌肽耐热性高,许多抗菌肽在100℃,30min仍能保持较强的抗菌活性。
郭玉梅等(1995年)报道,家蚕抗菌肽在121℃、1.5×105Pa的高温高压下处理30min仍能保持原有活性,说明抗菌肽具有热稳定性。
抗菌肽对原核生物细胞的杀菌活性很高,对正常真核生物细胞无毒性。
抗菌肽在较大的离子强度和较低或较高的pH值下仍可保持较强的活性。
此外,部分抗菌肽还有抵抗胰蛋白酶和胃蛋白酶水解的能力。
抗菌肽广谱抗菌,单一一种肽可抑杀多种细菌、真菌,还可杀死某些寄生虫,对多种癌细胞及动物实体瘤有明显的杀伤作用,甚至对含包膜的病毒都能起作用;另外,还能加速免疫和伤口愈合过程。
抗菌肽的作用对象虽种类繁多,但有一点是相同的,都含有膜成分。
抗菌肽发挥防御作用的基础在于微生物细胞膜结构的特点,这些特点是动植物所不具备的,这方面的研究使人们对抗菌肽的认识更深入,也促使人们创造新的抗感染疗法。
1.3 抗菌肽的分类目前抗菌肽的分类方法有许多种,可以根据其作用机制、来源、组成、结构特征等进行分类。
1.3.1 抗菌肽按来源分类最早的抗菌肽分类依据是抗菌肽的来源,在某生物体分离鉴定即命名为某抗菌肽。
如:植物类抗菌肽、昆虫类抗菌肽、两栖类抗菌肽、哺乳动物抗菌肽等。
1.3.1.1 哺乳动物类抗菌肽哺乳动物抗菌肽广泛存在于嗜中性白细胞、粘膜和皮肤等。
例如,在猪肠中存在富含pro-arg,相对分子质量为471.9ku的PR-39肽、Cecropin P1、有78个氨基酸残基的NK-lysin、在猪白细胞中分离出5个小分子抗菌肽,它们仅含16~18个氨基酸残基;在绵羊中至少已发现10种抗菌肽基因;牛中至少已发现30种抗菌肽;另外,牛奶中也分离到3种抗菌肽,它们具有抑制肠毒性大肠杆菌,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,包括两大类:α-防御素和β-防御素。
主要存在于哺乳动物的白细胞、吞噬细胞或小肠的潘氏细胞中,特别是在嗜中性白细胞中。
防御素通常由27~54个氨基酸残基组成,通过保守半胱氨酸构成3个稳定的链内二硫键使肽环合形成稳定的反向平行的β片状结构。
哺乳动物防御素具有保守的6个半胱氨酸,能形成3个稳定的链内二硫键,这也是区别其他抗菌肽的主要特征之一。
防御素抗微生物谱比较广泛,包括革兰氏阳性菌和阴性菌、分枝杆菌、螺旋体、真菌和一些被膜病毒,此外,对恶性细胞也具有毒杀作用。
1.3.1.2 昆虫类抗菌肽从天蚕的免疫血淋巴中分离得到的高效抗菌肽Cecropins是最早发现的抗菌肽。
此后在许多昆虫中也鉴定出有现了一个Cecropin,这可能暗示Cecropins广泛存在于动物中。
Cecropins 对各种大肠杆菌和其他革兰氏阴性细菌,如沙门氏菌,具有很强活性,且对某些革兰氏阳性菌也具有杀伤活性,但对霉菌和其他真核细菌无细胞毒性作用。
Cecropins为一线性阳离子肽家庭,链长35~40个氨基酸残基,而C-末端最后一个残基的羧基酰胺化。
Cecropins的cDNA序列分析显示其前体分子含62~64个氨基酸残基,而C-末端最后一个残基的羧基酰胺化。
Cecropins的cDNA序列分析显示其前体分子含62~64个氨基酸残基,具有保守的信号序列和前导序列。
该基因在蚕中有3个,果蝇中有4个。
损伤和感染时诱导该基因表达。
如注射细菌碎片或LPS后几小时内昆虫脂肪细胞中特异性mRNA大量增加,24h内即可在血淋巴液中检测出Cecropins。
天然免疫细胞膜受体识别微生物成分后,通过Toll通路而激活NF-KB样子。
蜂毒溶血肽是蜜蜂毒液中的一种多肽,由26个氨基酸残基组成,其分子量为2480D。
蜂毒溶血肽可直接与红细胞的膜脂作用具有较强的溶血作用。
Apila是从蜜蜂体液中提取的一种短肽,由18个氨基酸组成,具有高效广谱的抗菌作用而对真核细胞无毒性。
1.3.1.3 蛙类抗菌肽Zaslff在非洲爪蟾皮肤中发现了小分子抗菌肽,称为Magainins。
此后相继发现了多种蛙类抗菌肽,如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。
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。
1.3.1.4 植物类抗菌肽Thionins是最早从植物中分离的抗菌肽。
它们对革兰氏阳性菌、阴性菌、真菌、酵母及哺乳动物细胞均有毒性。
其他一些结构上与昆虫、哺乳动物防御素结构相似的植物抗菌肽,称为植物防御素。
1.3.1.5 细菌类抗菌肽细菌抗菌肽包括阳离子肽和中性肽,革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有分泌。
例如乳酸链球菌肽是由乳球菌产生的含3~4个氨基酸残基的短肽,它是一种耐酸性物质,即使在胃这样低pH环境中稳定性也很高,能抑制革兰氏阳性菌如梭状芽孢杆菌和李氏杆菌。
1.3.2 抗菌肽按组成分类根据其组成不同可分为6类:富含半胱氨酸(Cys)残基的防御素(de-fensin)、富含脯氨酸(Pro)残基的蛙皮素(magainin)、富含甘氨酸(Gly)残基的蜂毒素(melittin)、杀菌肽(cecropin)、细菌抗菌肽和人工合成抗菌肽等。
1.3.2.1 杀菌肽杀菌肽最初是 Boman 从天蚕的免疫血淋巴中纯化,而后又在哺乳动物、鸟类及植物中发现。
天然杀菌肽可分为 A、B 和D 三种构型,由大约31~39 个氨基酸残基组成,其 N 末端呈强碱性 C 端为疏水末端,不含半胱氨酸,不易被胰蛋白酶、胃蛋白酶水解。
大多在体外有很强的抑菌作用,部分在体内也有很好的抑菌效果。
杀菌肽的杀菌机理是:带正电荷的氨基酸残基与细胞膜带负电荷的磷脂之间发生静电作用,大量杀菌肽分子与细胞膜结合,使得膜外正电荷增多,两侧膜电位超过阀值时膜去极化,进而肽分子的疏水α- 螺旋插入膜内,通过改变细胞膜的构象,多个杀菌肽分子聚合形成孔道,致使细胞因内含物外泻而死亡。
1.3.2.2 防御素根据来源,防御素可分为昆虫防御素(Insectdefensin)、哺乳动物防御素(Mammal defensin)和植物防御素(Plant defensin)三大类。
由大约29~54个氨基酸残基组成,包括6~8个保守半胱氨酸,并通过半胱氨酸分子间二硫键使肽环形成反向平行的β片状结构,有的(如昆虫和植物防御素)还含有一个α-螺旋结构。
哺乳动物防御素根据半胱氨酸的位置和连接方式、前体性质及表达位置的差异可分防御素和β-防御素两类。
防御素的抗性谱十分广泛。
目前,己发现它不但对细菌、真菌和被膜病毒(如爱滋病病毒等)有广谱的毒杀效应,对某些恶性肿瘤细胞也有毒杀作用。
而且,其作用机理特殊,目前流行的观点是:首先,带正电荷的防御素分子与带负电荷的靶细胞膜相接触,随后通过靶细胞膜所产生的电动势将形成疏水面的防御素二聚体注入细胞膜,最后多个二聚体或多聚体在一起形成跨膜的离子通道,从而扰乱细胞膜的通透性及细胞能量状态,导致细胞膜去极化,呼吸作用受到抑制以及细胞ATP含量严重下降,最终使靶细胞死亡。
防御素抗病毒作用则是通过与病毒外壳蛋白结合而导致病毒失去生物活性。
这一特殊作用机理使微生物不易对其产生抗性。
1.3.2.3 蜂毒素蜂毒素是蜜蜂毒液中发现的一种小分子多肽,由26个氨基酸形成螺旋结构,蜂毒素的分子中有5个碱性氨基酸,其中4个集中在肽段的C端。
蜂毒素对革兰阳性菌和阴性菌都有很强的抑制作用,是典型的阳离子抗菌肽。
但蜂毒素还有很强的溶血活性,限制了它在临床上的应用。
1.3.2.4 蛙皮素蛙皮素是爪蟾皮肤和胃黏膜腺体上皮细胞产生的另一类小分子抗菌多肽,主要有Ⅰ型和Ⅱ型,两者有两个氨基酸的差异。
极低浓度蛙皮素能杀死革兰阳性菌和阴性菌、真菌和原生动物。
该肽有21~27个氨基酸残基,不存在半胱氨酸,以同基因多蛋白前体形式在体内合成,前体蛋白切开呈几个片段,导致成熟肽产生。
1.3.2.5 细菌抗菌肽细菌抗菌肽包括阳离子肽和中性肽,革兰阳性菌和革兰阴性菌均有分泌。
如来源于乳酸菌的乳链菌肽,成熟多肽由34个氨基酸残基组成,Nisin是一种耐酸性物质,即使在胃这样低的pH环境中稳定性也很高,能抑制革兰阳性菌如梭状芽孢杆菌和李氏杆菌的生长。
大部分细菌抗菌肽如细菌素等都是通过改变细胞膜的通透性来杀死竞争菌,但也有少数是通过阻断细胞生命物质的合成来杀死竞争菌。