抗菌肽的生物学特性及其在兽医临床应用中的展望(R1-陈中明)

抗菌肽的生物学特性及其在兽医临床应用中的展望指导老师鲍恩东作者陈中明1716219摘要：作为传统抗生素的可能替代物，抗菌肽以其无比优越的特性越来越成为人们关注的热点之一。

抗菌肽的研究已成为国内外昆虫学、生理学、药理学研究的热点，在动植物转基因工程及药物开发领域具有极为广阔的应用前景，本文综述了抗菌肽的特征、生物活性, 并阐述了抗菌肽在兽医临床的应用前景。

关键词：抗菌肽；生物学活性；临床应用前景The biological activities and applicationsof antimicrobial peptides in veterinary applications Abstract: As a possible alternative to traditional antibiotics and its superior characteristics, antimicrobial peptides have been pay attention in recent years. The researching of antimicrobial peptides has become a hot topics focus on entomology, physiology, pharmacology. Antimicrobial peptides display great potential applications in animal and plant genetic engineering and drug development. The characteristics, biological activities and applications of antimicrobial peptides in the veterinary clinical field were described in this paper.Key words:Antimicrobial;peptides;Biological activity;Clinical application 抗菌肽(antibacterial peptide，ABP) 又叫肽抗生素或抗微生物多肽，作为一种抗菌活性多肽，抗菌肽是生物体内组成先天免疫系统的重要部分[1～2]。

抗菌肽是生物细胞特定基因编码经特定外界条件诱导产生的。

它广泛分布于各种生物中，包括细菌、植物、昆虫、两栖动物、哺乳动物等。

Boman等[3]通过阴道杆菌及大肠埃希菌诱导西比古天蚕蛹产生了抗菌肽的活性多肽物质，随后的研究又陆续在不同种类的生物体内发现了抗菌肽。

资料显示，抗菌肽具有广谱抑菌、抑杀肿瘤细胞、抑病毒等作用，热稳定、易溶于水、分子量低，带正电荷等特点。

其中对肿瘤细胞和艾滋病病毒的杀灭作用尤其显著。

抗菌肽几乎对真核细胞没有危害作用，仅杀死发生病变的真核细胞和原核细胞，尤其对较高的pH或较大的离子强度都有强抵抗力。

部分抗菌肽尚有抵抗胃蛋白酶和胰蛋白酶的能力[4-6]。

试验表明：抗菌肽无蓄积毒性、无致畸作用、不容易产生抗药性[7]。

在临床上，抗菌肽在针对猪、鸡、牛的各类真菌、细菌性疾病的预防和治疗上都有很好的疗效，应用到饲料中能达到明显提高生产性能的效果。

1 抗菌肽的生物学特性和活性1.1 抗菌肽的生物特征抗菌肽种类繁多，来源各异，在氨基酸序列和结构上存在着显著的差异，但在生物学上有一些共同的特征：小肽多由10-50多个氨基酸残基组成，分子质量一般为4KD左右。

抗菌肽的等电点多大于7，活性结构为可诱导的两亲极性。

由于N端富含碱性氨基酸，所以抗菌肽大多呈强碱亲水性，多肽的C端中性疏水性且有增强杀菌能力的作用[8]。

抗菌肽热稳定性很好，在100℃30min的条件下仍具有较强的抗菌活性。

原核生物细胞对抗菌肽比较敏感，真核生物敏感度较低。

1.2 抗菌肽的抗菌活性在抗菌谱方面，广谱抗菌肽较传统抗生素广。

不仅对细菌有效，而且对真菌、病毒均有较好的作用。

抗菌肽不仅自身抗菌活性良好，在与其他抗菌肽或抗生素联用时，还具有协同的药物疗效。

实验证明，有的抗菌肽还能拓宽传统抗生素的抗菌谱。

这是近年来抗菌肽研究中的一个重要发现。

Anusha等[9]最近从两栖动物的皮肽分泌物中首次分离出了Ranatuerin-CSa抗菌肽，作为一种新的抗菌肽，它有抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的作用。

1.3 抗菌肽的抗病毒活性被膜病毒的抵抗力较强，但防御素对某些被膜病毒有特效，尤其是在治疗、防范病毒疾病的感染中有重要意义。

近期研究发现，在治疗疱疹病毒、流感病毒及艾滋病毒等被膜病毒感染的疾病时，α-防御素[10]有很好的治疗效果。

研究结果表明，通过一系列生化反应达到抑制蛋白激酶C（PKC）磷酸化的效果，α-防御素-1能明显影响女性吸毒者(HW)的感染[11]。

同时，Quinones-Mateu等[12]的研究也发现：β-防御素-2、也可以阻止HIV的复制，主要方式是通过结合病毒颗粒和下调HIV-1的核心受体CXCR4的表达。

另外，人中性粒细胞防御素HNP-1对疱疹病毒也有明显的抑制作用。

通过对长期存活的艾滋病感染者研究，发现一类新的防御素就是他们体内的艾滋病病毒抑制因子。

这一发现将推动人类攻克艾滋病的进步。

更值得注意的是，Wachinger 等[13]最新研究结果表明，天蚕素和蜂毒素能够在一定浓度下抑制艾滋病毒的基因表达，减少艾滋病病毒的增殖。

1.4 抗菌肽的抗肿瘤活性真核细胞由于质膜中含有丰富的膜蛋白和胆固醇，并通过细胞中的微丝、微管与质膜紧密结合，最终使得细胞膜长期处于一种稳定形态。

也正是因为这一原因，真核细胞具有较强的抗抗菌肽对细胞溶解的能力。

相反，由于某些肿瘤细胞的骨架系统欠发达，通过激活caspases诱导细胞凋亡、破坏肿瘤细胞的线粒体膜，抗菌肽能很好的发挥其抗肿瘤功效。

实验研究表明，14个小时左右，1μg/mL的人源性抗菌肽就有明显的杀肿瘤作用[14]。

人的防御素有诱导激活未分化的树突状细胞的作用。

利用这一原理，如果能够将人防御素结合到无抗原性的肿瘤细胞上，有可能生产出抗肿瘤疫苗。

爪蛙素magainin、鼠抗菌肽NP-1、天蚕素cecropin和NP-2及人抗菌肽HNP-1等都表现出了对肿瘤细胞如宫颈癌细胞、纤维瘤细胞、肺癌细胞的杀伤作用。

1.5 抗菌肽促进伤口愈合抗菌肽能刺激纤维母细胞以及血管内皮细胞的增殖，并促进创面肉芽组织的增生，所以具有加快创面愈合的效果。

防御素能促进上皮细胞的增殖，促进伤口愈合。

实验证明，PR-39能通过诱导硫酸乙酰肝素细胞外基质蛋白多配体聚糖的生成和提高其在伤口愈合过程中的表达，起到保持伤口无菌和促进伤口愈合作用[15]2 抗菌肽在兽医临床方面的研究进展2.1 禽抗菌肽的研究进展β防御素-2是禽抗菌肽的代表之一，一般由38～42个氨基酸残基组成，同时具有β-2片状二聚合体的特征。

β-防御素-2具有抗革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌、真菌与被膜病毒的作用。

国内外对禽类β-防御素-2的研究主要有:从鸡皮肤中扩增出鸡Gal23的cDNA。

从火鸡和鸡骨髓中扩增THP-1，THP-2，Gal-1，Gal-2，等β-防御素-2前体肽。

对火鸡和鸡的β-防御素-2进行分离、纯化，以及氨基酸测序及抗菌活性的研究。

采用RT-PCR方法，借助计算机软件设计特异性引物，从粤黄鸡细胞中克隆到Gal-2的编码区cDNA序列[16]。

2.2 猪抗菌肽的研究猪抗菌肽的临床研究成果较明显。

共发现12种以上不同的抗菌肽，对多种微生物具有广谱的杀菌作用。

目前在猪体内发现的惟一的防御素是猪上皮β-防御素-2(PBD-1)[17]。

CecropinP1是第一个从猪小肠中分离到的抗菌肽，对革兰氏阴性菌的抗菌活性高于抗革兰氏阳性菌的活性。

另外猪体内的RP-39、Protegrins125、PMAP-23，36，37等抗菌肽属于Cathelicidin家族。

2.3 牛抗菌肽的研究进展从牛的性粒细胞中分离出一种环状十二肽，能有效杀灭绿脓杆菌等革兰氏阴性菌。

另外，还有3种从牛奶中分离出来的抗菌肽也能抑制大肠埃希菌的活性。

Casocidin-1在体外能抑制金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的生长。

1995年Schonwetter 等从牛气管上皮和舌上皮中发现的抗菌肽TAP和抗菌肽LAP都具有抗革兰氏阴性菌和阳性菌及真菌的活性。

胡志和李峦峰于2003年通过用胰蛋白酶酶解酪蛋白的方法得到了富含酪氨酸的多肽。

Trip对多种菌株有抑菌效果，尤其对金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌。

2.4 羊抗菌肽的研究进展在绵羊体中已经发现10余种抗菌肽基因，都具有广谱的抗菌活性，这十余种抗菌肽可以分为阳离子抗菌肽和阴离子抗菌肽两大类。

阳离子抗菌肽包括α防御素-2、β-防御素-2、气管表面活性阴离子。

2.5 抗菌肽在兽医临床中的应用2.51 抗菌肽作为抗生素在兽医临床中的应用随着抗生素的大量使用，各类病菌的抗药性大大提高，甚至出现了对抗生素有耐药性的超级菌，临床迫切的需要寻找全新类型的抗生素。

在临床实践中，将抗菌肽添加于断奶仔猪饲料中，可以明显减轻断奶仔猪的腹泻。

在饮水中加入工程酵母发酵液，通过饮水使粤黄鸡摄入一定剂量抗菌肽，可促进小鸡的生长和减少排泄物中氮的含量，能促进粤黄鸡生长、治疗疾病。

在饲粮中添加抗菌肽对肉鸭也有促生长作用。

另外，抗菌肽有时也被用于饲料防霉剂[18]抗菌肽的作用机制不同于传统抗生素通过阻断大分子生物合成来发挥作用。

相对于传统抗菌素，抗菌肽不易发生蓄积中毒，无致畸性，因此，它有望被开发成为一类新型的多肽抗生素，这也是目前畜牧生产中的一个重要研究方面。

基于抗菌肽有良好的抗菌性能，抗菌肽被认为是动物疾病的有效预防和治疗药物。

抗菌肽的缺失会导致传染病易感性的增加，因为它是预防感染的免疫遗传分子，而抗菌肽的外源注射或过量表达都对动物有很好的保护作用。

在相关生理条件下，抗菌肽表现出了广泛的免疫功能，包括先天性免疫和适应性免疫相关的活性，先天性免疫细胞中的炎症反应以及在单核细胞、中性粒细胞、巨噬细胞、树突状细胞和T 细胞中作为适应性免疫和先天性免疫沟通的桥梁。

例如，抗菌肽能与巨噬细胞集落刺激因子和粒细胞等免疫效应分子相互协作形成一个由下游信号途径和免疫调节子组成的复杂网络系统，并最终形成一个有效的整体性防御屏障。

抗菌肽还具有促进畜禽生长和保健作用。

由于肽链的特殊的结构功能使其具有特殊生理活性，能参与机体的生理活动，并促进生产性能的提高。

基于抗菌肽对多种动物病原菌有杀菌活性，将抗菌肽基因导入动物体内表达有望提高其抗病能力。

实验证明，将抗菌肽导入蚊子肠道和唾液腺等器官，由于这些器官是寄生虫各个发育阶段的栖息地，因此可使之高效表达，从而抑制疟疾的传播。