抗菌肽
- 格式:doc
- 大小:51.50 KB
- 文档页数:9
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。
抗菌肽作为抗菌药物研究的新方向抗菌肽是一类天然存在于动物和植物中的小分子蛋白质,具有广谱抗菌活性。
近年来,随着抗生素耐药性的不断增加,对新型抗菌药物的需求越来越迫切。
在此背景下,研究人员开始将目光投向抗菌肽,探索其作为抗菌药物的潜力。
抗菌肽作为抗菌药物研究的新方向,具有很大的发展前景。
首先,抗菌肽具有广谱抗菌活性。
与传统的抗生素相比,抗菌肽可以同时作用于多种病原微生物,包括细菌、真菌和病毒等。
这一特性使抗菌肽成为一种潜在的替代抗生素的选择,尤其是对于多种耐药菌株。
此外,研究表明,抗菌肽还可以通过与生物膜相互作用,增强对细菌的杀菌效果。
这使得抗菌肽具有抗生素之外的独特优势。
其次,抗菌肽具有较低的耐药性发展潜力。
抗生素耐药性是当今医学领域面临的一个重要挑战。
研究发现,抗菌肽对于细菌产生耐药性的能力较低。
这是由于抗菌肽通过干扰细菌的膜结构、靶向细胞的关键蛋白和DNA等多种机制发挥抗菌作用,使得细菌难以产生有效的抗药机制。
这一特点使得抗菌肽成为发展新型抗菌药物的一个有利方向。
第三,抗菌肽具有较低的毒性和较高的生物活性。
与一些传统的抗生素相比,抗菌肽具有较低的毒性。
抗菌肽能够选择性地作用于细菌细胞膜或其他特定靶点,同时对宿主细胞的毒性较低。
这就意味着更少的副作用和更高的安全性。
另外,抗菌肽还具有更高的生物活性,即使在低浓度下也能发挥良好的抗菌效果。
这为抗菌肽的临床应用提供了更为广阔的可能性。
最后,利用基因工程技术对抗菌肽进行改良和优化,可以进一步提高其抗菌效果和稳定性。
研究人员通过改变抗菌肽的氨基酸序列,可以获得具有更高抗菌活性和更低毒性的新型抗菌肽。
此外,通过改变抗菌肽的化学结构、合成修饰等手段,可以改善其稳定性和生物利用度。
这些技术手段的不断发展,将进一步推动抗菌肽作为抗菌药物的研究和开发。
综上所述,抗菌肽作为抗菌药物研究的新方向,具有广泛的应用前景。
其广谱抗菌活性、较低的耐药性发展潜力、较低的毒性和较高的生物活性,使其成为抗生素替代品的潜在选择。
抗菌肽在生猪养殖中的应用一、抗菌肽的来源抗菌肽主要存在于动物、植物和微生物中。
动物来源的抗菌肽主要包括防御素(defensin)、抗菌肽(antimicrobial peptide,AMP)、鱼类抗菌肽(fish AMP)、鲤鱼卵巢肽、卵巢肽等。
植物来源的抗菌肽主要包括糖蛋白类、卟啉类、酸性蛋白类、来自种子的抗菌肽等。
微生物来源的抗菌肽主要包括细菌、真菌、病毒等。
二、抗菌肽的生物活性抗菌肽具有广泛的生物活性,其中最主要的是强烈的抗菌和抗病毒活性。
抗菌肽还具有免疫调节、促进组织修复、抑制肿瘤细胞生长等生物活性。
三、抗菌肽的抗菌机制抗菌肽的抗菌机制主要有破坏菌膜、形成孔道、阻断DNA和RNA的合成等。
破坏菌膜是一种主要的抗菌机制,抗菌肽能够插入到菌膜中,扰乱菌膜的结构和稳定性,使其破裂。
形成孔道也是一种抗菌机制,抗菌肽能够结合到细胞膜上,形成孔道,导致离子和分子的不平衡,最终导致细胞死亡。
1、增强猪的免疫力抗菌肽能够调节猪的免疫功能,提升其免疫能力。
研究表明,抗菌肽可以提高猪的血清免疫球蛋白(IgA、IgG和IgM)水平,增强猪的免疫能力,从而减少养猪场的感染病发生率。
2、促进生长发育抗菌肽还能够促进猪的生长发育。
研究表明,抗菌肽可以促进猪肠道中有益菌的生长和繁殖,提高饲料利用率,增加猪的增重速度。
3、提高肉质品质抗菌肽还能够提高猪的肉质品质。
研究表明,抗菌肽能够促进猪的肌肉生长和发育,提高瘦肉率和肌肉质量,改善肉的风味和口感。
4、替代抗生素抗生素的滥用已经成为全球性的问题,而抗菌肽的应用可以有效地替代抗生素。
研究表明,抗菌肽具有广泛的抗菌活性,对许多致病菌具有很高的杀菌效果,对于减少抗生素的使用有很大的潜力。
总之,抗菌肽是一种有广泛应用前景的生物活性物质,其在生猪养殖中的应用可以提高养猪业的健康和经济效益。
未来,随着对抗菌肽作用机制的更深入了解以及技术的发展,抗菌肽在生猪养殖中的应用将会更加广泛。
2024.01 43大量使用抗生素会导致病原产生耐药性和抗生素的残留,降低禽畜的免疫力,我国已经禁止在禽畜饲料中添加抗生素,并且建议禽畜养殖中也要减少抗生素的使用,所以需要使用其他可有效抑制细菌、真菌和病毒,且不易产生耐药性的药物。
抗菌肽是一种在生物新陈代谢会产生的,可以抑制或杀灭病原微生物的活性小分子多肽,在多细胞生物中具有膜杀伤作用,应用于肉鸡养殖可以提升肉鸡生长性能提高抗氧化能力、免疫力,具有改善肠道健康的作用。
1 抗菌肽的来源1.1 动物源抗菌肽动物源抗菌肽是动物机体免疫系统的重要成分,具有广谱抗菌作用,可有效杀灭外源性病原。
哺乳动物的抗菌肽由嗜中性粒细胞、上皮细胞和肥大细胞产生,可有效免疫革兰氏阴性菌和各种真菌。
昆虫没有免疫系统,在受到病原侵袭时会诱导抗菌肽基因的表达,昆虫血液、淋巴和消化道内的抗菌肽可以提升对病原微生物的防御能力。
1.2 植物源抗菌肽植物在受到威胁时会分泌一种可以抵御外界威胁的小分子多肽,称为植物抗菌肽,与细胞膜作用后可激活细胞的抗菌活性,主要为硫堇、脂肪转移蛋白、植物防卫素等。
1.3 微生物源抗菌肽微生物在被其他病菌侵袭时也会分泌抗菌肽来保护自身安全,主要来源于细菌、真菌。
2 抗菌肽的生物学功能2.1 抗细菌抗菌肽的结构一般具有三个以上的阳离子氨基酸残基,可静电吸附带负电荷的细菌细胞膜,并与之脂质结合,在抗菌肽浓度达到一定数量时可以破坏细菌细胞膜的完整性,导致细胞死亡。
动物体内通常有多种抗菌肽,可以协同发挥抗菌作用,但不同的抗菌肽对革兰阴性和革兰阳性细菌的作用方式和强度不同,一些抗菌肽可以直接作用于革兰阴性菌独有的脂多糖,导致其解离;而革兰阳性菌细菌酶对磷脂酰甘油的修饰作用可以被一些抗菌肽破坏,导致细菌死亡,这种抗菌肽可以提升细菌对阳离子类的抗菌药物作用效果。
还有些抗菌肽可进入细胞膜内,与核酸和蛋白质等结合来影响蛋白质的合成,从而抑制细胞壁的生成或降低细胞内酶的活性。
抗菌肽在生猪养殖中的应用抗菌肽是一类广泛存在于生物体内的小分子肽,具有广谱的抗菌活性。
生猪养殖中的应用,主要包括以下几个方面:1. 预防和治疗疾病:抗菌肽可用于预防和治疗生猪养殖中的疾病。
生猪在生长过程中,容易感染各种细菌、病毒和寄生虫,导致生长迟缓、肠道疾病、呼吸道疾病等。
抗菌肽可以直接抑制病原微生物的生长和繁殖,从而减少疾病的发生和传播。
2. 替代抗生素:传统的生猪养殖中,常常使用抗生素作为饲料添加剂,以预防和治疗疾病。
长期和过量使用抗生素容易导致微生物产生耐药性,对人类健康产生潜在威胁。
抗菌肽作为天然的抗菌物质,具有广谱的抗菌活性,并且不易导致耐药性的产生,可以作为替代抗生素的选择。
3. 促生长作用:抗菌肽在生猪养殖中还具有促生长作用。
研究表明,抗菌肽不仅可以抑制病原微生物的生长,还可以促进生猪的生长和发育。
抗菌肽可以提高生猪的食欲和消化吸收能力,增加饲料利用率,促进肌肉生长和脂肪沉积,从而提高养殖效益。
4. 提高免疫力:抗菌肽可以提高生猪的免疫力。
生猪在生长过程中,容易受到各种环境和生物因素的侵袭,导致免疫力下降。
抗菌肽可以激活和增强生猪的免疫系统,增加抗体的产生和杀菌能力,提高生猪对各种疾病的抵抗力。
抗菌肽在生猪养殖中的应用还存在一些问题和挑战。
抗菌肽的生产和提取成本较高,限制了其在大规模生产中的应用。
抗菌肽的稳定性较差,易受酶解和热变性的影响,限制了其在饲料中的添加量和作用时间。
抗菌肽的毒性和安全性问题也需要进一步的研究和评估。
抗菌肽在生猪养殖中具有广阔的应用前景。
通过合理的应用,可以预防和治疗疾病,替代抗生素,促进生长和提高免疫力,从而提高生猪养殖的效益和可持续发展。
未来的研究和实践应该继续关注抗菌肽的生产技术和应用价值,进一步推动其在生猪养殖中的应用。
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。
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 %。
抗菌肽抑菌机制
抗菌肽抑菌机制
抗菌肽是一类存在于生物体内的小分子蛋白质,能够具有广泛抗菌谱
和抗菌活性,可视为一种天然的抗菌药物。
抗菌肽基于其特定的化学
和生物学特性,通过不同的机制抑制和杀死细菌。
在抗菌肽的抑菌机
制中,主要包括以下几个方面:
1. 破坏菌膜
抗菌肽可以通过与细菌膜相互作用来破坏细菌膜,从而导致细胞死亡。
鉴于细菌膜中主要成分是磷脂,抗菌肽与细菌膜磷脂相互作用可引起
膜的破坏和渗漏,导致细胞内容物的泄漏和细胞死亡。
2. 抑制蛋白质合成
抗菌肽可抑制微生物的蛋白质合成,从而阻止微生物生长。
这种作用
机制既可以通过抑制细菌RNA和DNA合成以及其它与蛋白质合成有关的过程,也可以通过直接与细菌中的特定酶发生相互作用的方式实现。
3. 干扰细胞壁合成
抗菌肽也会影响细菌细胞壁的合成。
通过直接与细菌细胞壁中的某些成分相互作用,抗菌肽破坏了细胞壁的完整性,进而导致细胞死亡。
同时,抗菌肽也可以干扰细菌细胞壁合成的过程,从而达到抑制微生物生长的目的。
4. 引发胞内酶的活性
在抗菌肽的作用下,一些重要的代谢和酶活性可以被抑制或激活,并导致细胞死亡。
例如,抗菌肽可以通过诱导胞内蛋白酶、核酸酶及磷酸酶等酶的活性,使细胞内必需的代谢物质被破坏,从而导致细菌死亡。
总结来说,抗菌肽通过多种复杂的机制实现其抑菌效果,并因微生物种类、抗菌肽的特性和环境条件而表现出不同的抑菌效果。
抗菌肽的抑菌特性为开发新的抗菌药物带来了新的思路和机会。
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。
抗菌肽市场现状与发展趋势预测抗菌肽是一类存在于动植物和微生物体内,具有抗菌和免疫调节功能的天然生物活性肽。
随着抗生素滥用及耐药性的不断增加,抗菌肽作为一种新型的抗菌药物备受关注。
本文将对抗菌肽市场的现状与未来发展趋势进行预测。
目前全球抗菌肽市场规模较小,但增长迅速。
根据市场研究机构的数据,2024年全球抗菌肽市场规模约为10亿美元,预计到2025年将增长至30亿美元。
亚洲地区目前是全球抗菌肽市场的主要消费地,占据了市场的40%份额,其次是北美和欧洲。
抗菌肽市场的主要驱动因素之一是抗生素耐药性的不断增加。
由于抗生素的滥用和误用,细菌对抗生素的抗药性不断增强,传统抗菌药物已经无法有效对抗耐药菌株。
抗菌肽作为一种具有广谱杀菌效果且难以产生耐药性的药物,受到了越来越多的关注。
另一个推动抗菌肽市场增长的因素是对生物活性肽研发的不断投入。
近年来,科学家们通过提取、合成和改造天然生物活性肽,已经取得了一些重要突破。
例如,抗菌肽的活性、稳定性和生物可用性得到了改善,同时也提高了其在体内的存活时间。
这些技术进步为抗菌肽的应用提供了更多的可能性。
未来几年,抗菌肽市场将面临一些挑战和机遇。
一方面,抗菌肽的研发和应用需要不断的技术突破和临床验证。
虽然已经有一些抗菌肽产品得到了临床应用,但其市场份额较小,仍然需要更多相关研究来证明其疗效和安全性。
另一方面,抗菌肽的生产成本相对较高,限制了其大规模生产和应用。
因此,降低生产成本将是抗菌肽市场发展的一个重要课题。
除了医药领域,抗菌肽在农业、食品加工和个人护理等领域也具有广阔的应用前景。
在农业领域,抗菌肽可以用于替代抗生素和农药,预防和治疗动物和植物的疾病,提高农产品的质量和产量。
在食品加工领域,抗菌肽可以作为天然防腐剂,延长食品的保鲜期。
在个人护理领域,抗菌肽可以应用于口腔护理、皮肤护理和纺织品等产品中,具有抑菌、消炎和抗氧化等功效。
综上所述,抗菌肽市场具有广阔的发展前景。
随着抗生素耐药性的不断增加,抗菌肽作为一种新型药物备受各方关注。
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]。
每个生物体具有如此之多的抗菌肽类物质其主要原因可能是[10]:(1)每种抗菌肽的抗菌谱是有限的,生物体需要产生多种不同抗菌肽来抑制或者杀灭病原微生物;(2)不同种类的抗菌肽可以相互配合起到协同作用;(3)不同的细胞可以产生不同的抗菌肽类物质。
抗菌肽的种类繁多,因而其分类方法也有多种,根据氨基酸组成和结构特征可分为4类:(1)α- 螺旋型抗菌肽,分子内有α-螺旋结构,如非洲爪蟾的皮肤分泌出的magainins[11];(2)β-折叠型抗菌肽,此类分子具有反平行的β-折叠结构,含有两个或两个以上的二硫键,如防御素(defensin)、proterins和tachyplesins家族抗菌肽;(3)线性结构的抗菌肽,这种抗菌肽缺少典型的二级结构,多以一种或几种氨基酸为主要成分,如从牛的嗜中性细胞里分离出的indolicidin[12];(4)环状结构的抗菌肽,该种肽具有高度可变性结构,通常在C端有一个二硫键,如来自刺肩蝽的thanatin,在第11和第18个氨基酸残基形成一个二硫键,由于具有很强的杀菌能力因此又称为死亡素[13]。
而按其来源又可分为:(1)昆虫抗菌肽,现已发现170多种昆虫抗菌肽。
昆虫的免疫防御体系中没有抗体、补体的参与,主要是由一系列抗菌肽发挥作用,多数抗菌肽是由脂肪体合成后释放入血淋巴中,也有少数是在特定区域表达,此外昆虫还能根据不同的病原菌而产生不同的抗菌肽[14]。
(2)植物抗菌肽,主要存在于叶子、种子、胚和子叶中,富含半胱氨酸且都形成分子内二硫键[14]。
Thionins是最早从植物中分离的抗菌肽。
(3)哺乳动物抗菌肽,主要存在于中性粒细胞、皮肤和黏膜的上皮细胞中。
哺乳动物抗菌肽主要分为defensins和cathelicidins两大类。
前者含有6个保守的半胱氨酸(Cys),形成3个分子内二硫键;而后者均含有保守的cathelin 区域(猪半胱氨酸蛋白酶抑制子)。
其中研究最多的防御素类抗菌肽,已从脊椎动物中发现了100多种,分为α-defensins、β-defensins和θ-defensins三大类。
(4)两栖动物抗菌肽,主要存在于皮肤的粒腺、胃黏膜和小肠细胞中,其氨基酸序列几乎无同源性,分为α-螺旋结构和环状结构两种。
(5)细菌抗菌肽,如短杆菌肽、杆菌肽、多黏菌素肽和乳酸链球菌肽等[15],细菌素是最常见的一类细菌抗菌肽,能够特异性杀死竞争菌而对宿主本身无害[16]。
(6)病毒抗菌肽,HIV-1包膜蛋白胞质尾部是发现最早的病毒抗菌肽,所有的病毒抗菌肽都富含精氨酸而不含赖氨酸。
虽然不同种类抗菌肽的氨基酸组成具有不同程度的差异,结构上差别也很大,长度上更是千差万别,但是几乎所有的抗菌肽在本质上都具有一些共性[17]:由12-50个氨基酸组成,其N-末端富含赖氨酸、精氨酸和组氨酸等阳离子型氨基酸,C-末端富含丙氨酸、缬氨酸和甘氨酸等非极性氨基酸,中间部分富含脯氨酸,通常带有2-7个正电荷,等电点大于7[10,18],据统计在所发现的抗菌肽中有近为700种为阳离子型抗菌肽,而以天然阳离子抗菌肽作为模版进行人工合成的模拟肽也有数千种[19]。
此外有些天然抗菌肽的C-末端往往是酰胺化的,这可能与抗菌肽的广谱抗菌活性有关[20]。
抗菌肽的热稳定性很高,许多抗菌肽在100℃加热10min 还能保持一定活性,对较低或较高的pH值都有较强的抗性,部分抗菌肽还有抵抗胰蛋白酶和胃蛋白酶的能力[21,22,23]。
2抗菌肽的构效关系2.1细胞膜的结构与组成对抗菌肽活性的影响抗菌肽主要是与细胞膜结合引起膜破损而发挥作用,膜的组成对抗菌肽的活性和选择性毒性有很大影响。
不同内源性阳离子抗菌肽在细胞膜上形成孔的能力差别较大,这主要与抗菌肽的浓度和环境pH值有关。
只有当抗菌肽的浓度足够时才能形成离子通道,当pH值为中性时抗菌肽和细胞膜的结合能力最强,且pH值是影响抗菌肽溶解脂粒能力的决定因素,此外介质的离子强度和温度也可影响孔的形成。
由于原核生物和真核生物细胞膜的磷脂种类和电荷的不同,因此抗菌肽对其亲和力也不同。
真核生物细胞膜中由于存在蛋白质和固醇类物质,膜的流动性低于原核生物,使抗菌肽对其具有选择性毒性。
脂质膜实验证明,降低膜的脂多糖含量可减轻抗菌肽对膜的破坏,有些微生物可以通过对磷脂的修饰而对抗菌肽产生耐药性[24]。
在哺乳动物细胞的外层含有由糖脂和糖蛋白组成的糖复合物,而抗菌肽与糖复合物结合后不易释放,从而无法进攻细胞膜,这也是抗菌肽具选择性毒性的原因之一。
以上这些都说明细胞膜的组分、磷脂的带电性质、脂肪酸链长度均可影响抗菌肽的活性。
2.2 特殊残基和两亲结构对抗菌肽活性的影响特殊残基可以是第二位的Trp、C端的酰胺化和中间的Products,如果它们被替代将直接影响抗菌肽的抗菌活性,如Dong Gun Lee等发现Pro用Leu取代,结果使抗菌肽P18的抗菌活性下降了2倍。
对于抗菌肽来说其功能主要取决于二级结构,即抗菌肽分子内部形成的两亲结构(阳离子氨基酸末端的亲水端和疏水端),两亲结构的破坏与螺旋的丧失会引起大多数抗菌肽活性的丧失,有研究表明改变α-螺旋的螺旋程度会直接影响到抗菌肽的活性,用螺旋倾向高的氨基酸残基代替螺旋倾向低的氨基酸残基会使抗菌肽的抗菌活性明显提高,反之则下降[25]。
2.3 电荷对抗菌肽活性的影响Park等[26]的研究发现,抗菌肽所带的正电荷数不但影响其二级结构和亲水性,还影响抗菌肽的三级结构和在水溶液及细胞膜上的存在形态,从而影响抗菌肽的抗菌活性。
有研究表明,将正电荷引入抗菌肽会增加其抗菌活性,而将负电荷引入会降低抗菌活性,当抗菌肽的电荷小于+5时,抗菌活性随正电荷数增加而增加,而当电荷大于+7时,增加正电荷对抗菌肽的活性影响不大[27]。
构效关系研究表明,抗菌肽必须具备两亲结构和正电荷才能发挥其活性作用[28]。
另外不改变抗菌肽分子中电荷数而仅改变Arg、Lys在分子中的位置时,抗菌活性也会受到影响,推测可能是电荷对肽单体或多聚体具有潜在影响,包括螺旋结构的稳定化和去稳定化作用。
2.4疏水基团对抗菌肽活性的影响疏水作用对抗菌肽插入细胞膜的过程中起着重要的作用,通过改变肽链中Leu、Ile、Val数量而影响抗菌肽的活性。
研究发现,增加抗菌肽分子的疏水性,可增加抗菌活力和对哺乳类动物细胞的毒性,这是由于疏水基团在抗菌肽插入细胞膜的过程中起的关键作用。
另外,由于疏水基团的存在,肽链在溶液中可以通过疏水作用形成多聚体,增加了对真核细胞膜的亲和力及形成具有两亲性质α-螺旋的能力,从而提高了抗菌肽的抗菌活性的稳定性[29]。
2.5端残基和肽链长度对抗菌肽活性的影响Dong Gun Lee等研究端残基和肽链长度对抗菌活性的影响时发现抗菌肽的抗菌活性随端残基的切除成倍性降低。
肽链长度在一定程度上可能也影响抗菌肽的活性,抗菌肽要实现插入细菌脂膜并形成横跨膜的通道,理论上至少应有18个氨基酸残基,但“毡毯”模型认为抗菌肽通过和膜结合后改变其稳定性从而引起细胞死亡,不必形成跨膜通道,这可以从另一方面解释肽链长度也可能不是影响抗菌肽活性的主要因素[30]。
2.6氨基酸构象对抗菌肽活性的影响在已发现的抗菌肽中,氨基酸组成大多是L型,少数为D型氨基酸。
Hong等曾报道用D型氨基酸取代原有的L型氨基酸能够提高抗菌肽的稳定性,且抗菌活性没有受到影响,但是K.Abiraj等做了同样的实验而结果截然相反,用D型氨基酸取代L型氨基酸的Bactenecin7几乎失去了原有的抗细菌活性,但却明显提高了抗真菌活性[25]。
3抗菌肽的作用特点3.1广谱性抗菌肽对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、囊膜病毒、寄生虫和肿瘤细胞等均具抑制作用[31],如蜂毒肽和杀菌肽不但对寄生虫和耐抗生素微生物有抑制和杀伤作用,而且可抑制HIV-1病毒的增殖。
3.2生物学活性稳定抗菌肽的理化和生物学性质较稳定,其中研究较为明显的是其热稳定性。
马卫明等研究发现猪小肠抗菌肽在40-80℃条件下加热处理30min后仍保持良好的抗菌活性[32]。
盛长忠等[33]发现从家蝇幼虫中提取的抗菌肽在低于60℃处理5min 后其抗菌活性几乎不受影响。
3.3选择性毒性抗菌肽主要是通过与细胞膜结合引起结构的改变而发挥作用。
由于正常哺乳类动物细胞、肿瘤细胞和微生物细胞的细胞膜组成和结构不同,抗菌肽对这些细胞的抑制和杀伤作用也不一样,即具有选择性毒性[34]。
根据选择性毒性的不同,抗菌肽可分为三类:一是对哺乳动物细胞和微生物都有作用的抗菌肽,如LL-37、paradaxin和蜂毒肽等;二是对细菌有强杀灭作用而对哺乳类动物细胞和真菌不起作用的抗菌肽,如杀菌肽、制皮菌素等;三是对真菌起作用而对哺乳类动物细胞无毒性的抗菌肽,如植物防御素、果蝇菌素等。