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安徽农学通报2024年02期农产品加工·检验检测抗菌肽的分类、作用机制与应用研究吴家明李芹（福建师范大学生命科学学院，福建福州350117）摘要抗生素的不合理使用会导致细菌产生耐药性，寻找传统抗生素的潜在替代品成为当前研究重点。
抗菌肽因其独特的抗菌机制，不易产生耐药性，且具有抗细菌、真菌、病毒、寄生虫和肿瘤细胞等广谱生物活性，在多个领域得到应用。
本文介绍了抗菌肽的分类、作用机制以及在食品加工等领域的应用情况等，为抗菌肽的相关研究提供参考。
关键词抗菌肽；抗菌机制；细菌耐药性中图分类号Q93；G353.11文献标识码A文章编号1007-7731（2024）02-0101-07Classification,mechanism of action and application of antimicrobial peptidesWU Jiaming LI Qin（College of Life Sciences,Fujian Normal University,Fuzhou350117,China）Abstract Unrational use of antibiotics can lead to resistance in bacteria,finding potential alternatives to traditional antibiotics has become the focus of current research.Antimicrobial peptides represent promising options owing to their unique antimicrobial mechanisms,which render them less prone to induce resistance.Moreover, antimicrobial peptides possess broad-spectrum bioactivities against bacteria,fungi,viruses,parasites,tumor cells,etc. and have been implemented in many areas.This article provided a introduction to the classification,mechanisms of action and application in food processing and other fields of antimicrobial peptides,to provide a reference for relevant studies of antimicrobial peptides.Keywords antimicrobial peptides;antimicrobial mechanism;bacterial resistance青霉素的发现正式开启了抗生素时代[1]，抗生素的发现和使用拯救了无数患者的生命，但长期使用抗生素对靶标病原微生物产生了选择压力，导致部分细菌产生耐药性，是目前需要解决的公共卫生问题。
抗菌肽的应用与存在问题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一类多肽，具有分子量小、热稳定、杀菌范围广、作用机制独特等特点。
另外，抗菌肽还具有明显的对真菌、病毒、原虫的杀伤作用，同时又可以促进伤口的愈合（可能是加速了创伤处细胞的分裂增殖），能攻击肿瘤细胞而对正常细胞没有作用。
更令人惊喜的是，这些作用的结果不会象抗生素一样使致病菌的抗药性随抗菌肽的使用而有所增加。
因为抗生素的抗菌作用一般是作用于特殊的受体或酶，细菌容易通过变异对抗生素产生抗性，而抗菌肽在抗菌时一般没有特殊的受体，抗菌肽一般是通过物理作用造成细胞膜的穿孔而达到广谱抗菌的效果，所以抗菌肽的使用不容易产生抗性菌和交叉抗性；而且在病原菌感染时，用抗生素治疗实际上对机体是有害的，因为它能刺激内毒素的释放，有时还会造成脓毒休克，但使用抗菌肽则无此现象，而且抗菌肽还能抑制细菌产物诱导产生对人体有害的细胞因子。
到目前为止，无论是在抗菌肽的基础研究还是在后续的人工克隆、临床应用等方面都已取得了很大的成绩，笔者主要将有关抗菌肽文献中一些基本的、独特的性质及功能介绍如下。
一、抗菌肽的分类目前，抗菌肽的分类还比较复杂，没有统一的标准。
本文就对目前大家普遍比较认可的几种分类方式做一概述。
1.1根据抗菌肽对不同病原体的作用分根据抗菌肽对细菌、真菌及肿瘤细胞的作用不同，可将抗菌肽分为抗细菌肽、抗真菌肽、抗肿瘤肽、既抗真菌又抗细菌的抗菌肽、既抗肿瘤又抗微生物的抗菌肽等。
1.2根据抗菌肽的结构分1.2.1具有螺旋结构的线性多肽cecropins是第一个被发现的动物抗菌肽，1980年，由Boman等从美国天蚕蛹中分离得到。
该类多肽抗生素一般含有37～39个氨基酸残基，不含半胱氨酸，其N端区域具有强碱性，可形成近乎完美的双亲螺旋结构，而在C端区域可形成疏水螺旋，两者之间有甘氨酸和脯氨酸形成的铰链区，多数多肽的C端被酰胺化，酰胺化对其抗菌活性具有重要作用。
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（antimicrobial peptides,AMPs ）因其独特的抗细菌、真菌、病毒以及抗癌细胞等生物学功能且不易产生耐药性，使其成为最有前景的抗生素替代品之一。
从20世纪80年代瑞典科学家Hulmark 从惜古比天蚕（Hyalophora cecropia ）中分离出第一种抗菌肽，命名为天蚕素（Cecropin ）[1]，到目前为止抗菌肽数据库中已注册的抗菌肽序列已经超过3000个[2]。
抗菌肽是包括植物、动物和人类在内的所有生物体天然免疫反应的保守部分,是许多脊椎动物免疫系统的主要组成部分[3]，被定义为能够保护宿主免受细菌、病毒或真菌入侵的关键防御分子[4]。
抗菌肽是由基因编码、核糖体合成的多肽，通常具有短肽（30~60个氨基酸）、强阳离子（pI 8.9~10.7）、热稳定性（100℃,15min ）、不易产生耐药性、对真核细胞无影响等共同特征[5]。
根据其来源可以分为：植物源抗菌肽，如硫素（thionins ）、植物防御素(plant defensins)；动物源抗菌肽，如天蚕素、防御素；微抗菌肽的抗菌机制及其在反刍动物中应用的研究进展■纵瑞1胡忠泽1*张乃锋2段心明3(1.安徽科技学院动物科学学院，动物营养调控与健康安徽省重点实验室，安徽滁州233100；2.中国农业科学院饲料研究所，北京100081；3.农发苑（浙江）农业发展有限公司，浙江湖州313000)作者简介：纵瑞，硕士，研究方向为动物营养与饲料科学。
通讯作者：胡忠泽，教授。
收稿日期：2021-03-25基金项目：国家自然科学基金[31872385]；安徽省高校协同创新项目[GXXT-2019-035]；安徽省现代牛羊产业技术体系[AHCYTX-7]；滁州市科技计划项目[2019ZN003]摘要：抗菌肽（antimicrobial peptides,AMPs ）是自然界中广泛存在的多肽物质。
作为机体先天免疫的关键组成部分，具有抗细菌、真菌、肿瘤、病毒等生物学功能。
抗菌肽的研究进展摘要：由于细菌对抗生素耐药性不断出现, 研发新型抗菌物质已迫在眉睫。
而抗菌肽是广泛存在于自然界生物中的具有广谱抗菌、抗病毒、抑制杀伤肿瘤细胞等作用的多肽。
本文介绍了抗菌肽的结构，抗菌肽的生物学活性，抗菌肽的作用机理和作用机制，以及抗菌肽的应用和前景。
关键词：耐药性，抗菌肽；作用机理；前景抗菌肽，简称ABP,是由宿主产生的一类能够抵抗外界病原体感染的小分子多肽。
广泛存在于各种生物体内。
1980 年，瑞典科学家Boman 等从天蚕蛹的血淋巴中分离得到天蚕素( cecropin ) 抗菌肽，使人们对抗菌肽的作用机理和应用有了一个崭新的认识。
目前世界上已知的抗菌肽共有1 700余种。
由于热稳定性强，且对较高离子强度环境有较强的适应性，不仅有广谱抗细菌能力, 而且有的对真菌、病毒及癌细胞也有一定的抑杀作用，最重要的是可以杀伤动物体内的肿瘤细胞，却又极少破坏动物体内的正常细胞，因此，抗菌肽的开发和应用研究已成为国内外昆虫学、生理学、药理学研究热点，在动植物转基因工程及药物开发领域及农业、食品等领域具有广阔的应用前景。
1 .抗菌肽的结构1 .1 一级结构据报道，已分离并测定其氨基酸序列一级结构的抗菌肽达几十种，且一级结构都比较相似，具有以下典型的特征：由20~70多个氨基酸残基组成的肽链，其N 端富含赖氨酸和精氨酸等阳离子型氨基酸，C 端富含丙氨酸、缬氨酸、甘氨酸等非极性氨基酸，中间部分则富含脯氨酸，且在许多特定位置都有一些较保守的氨基酸残基，这些高度保守的氨基酸残基是一些抗菌肽分子具有抗菌活性所不可缺少的，1. 2 二级结构通过圆二色性分析、二维核磁共振谱法及脂质体模拟实验研究抗菌肽的二级结构特征，结果表明，抗菌肽在一定条件下形成a-螺旋和β-折叠结构。
a-螺旋是一个近乎完美的水脂两亲结构,即圆柱形分子的纵轴一边为带正电-的亲水区，而对称面为疏水区。
这种两亲性结构是抗菌肽杀菌的关键，改变a-螺旋的螺旋度会影响抗菌肽的活性。
抗菌肽（一）背景：抗菌肽具有抗菌谱广、热稳定性强、分子量小及免疫原性小等特点，其杀菌机制独特，病原菌不易产生耐药性，有望开发成新一代肽类抗生素。
但部分抗菌肽具有空间结构不稳定、溶血活性等特点，限制了临床应用。
（二）研究目的：设计或改造天然抗菌肽，提高抗菌活性的基础上消除其溶血活性，促进抗菌肽在医药上的应用，有望开发成新型抗菌药物，为解决病原菌对传统抗生素日益增强的耐药性问题提供新的途径。
（三）新产品开发：医疗器械、新型抗菌药物（四）抗菌肽作用模型：将抗菌肽杀死细菌过程分为以下3个步骤：首先抗菌肽的多聚体与细胞膜相互吸引使其结合到膜上；其次抗菌肽疏水的C末端插入膜中,而形成两亲α-螺旋的N端留在膜界面上；最后两亲性的α-螺旋插入质膜，在质膜上形成较大孔洞，从而使细菌细胞死亡[3]。
（五）抗菌肽结构与功能：目前已经发现的抗菌肽几乎所有都含有大量带正电荷的氨基酸, 在本质上都是阳离子型的; 在抗菌肽高级结构中, 按照肽链结构可分为 4 类: 即A- 螺旋、B- 折叠、环形、伸展性结构[ 2]。
无论抗菌肽是以A- 螺旋、B- 折叠还是环形形式出现, 两亲结构(具有两个表面, 一个亲水、一个疏水) 是其共同特征。
1、抗菌肽一级结构：抗菌肽N端富含亲水性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸；C端富含疏水性氨基酸残基，如丙氨酸、甘氨酸，且通常酰胺化。
这种两亲性是抗菌肽具有抗菌活性的关键原因之一。
2、抗菌肽二级结构：2.1α-螺旋结构抗菌肽：α- 螺旋抗菌肽分子通过其两性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疏水段借助于分子中AGP 连接的柔性插入到质膜中, 然后抗菌肽分子两性α- 螺旋也插入到质膜中, 这样就破坏了脂质双分子层原有的有序结构, 由于α- 螺旋的两亲性使抗菌肽分子通过膜内分子间的位移而相互聚集在一起, 从而在膜上形成离子通道, 细菌最终不能保持正常渗透压而致死[5, 6]。
抗菌肽（Antimicrobial Peptides, AMPs）是一类具有广谱抗菌活性的小分子蛋白质，它们在宿主的天然免疫防御中起着重要作用。
抗菌肽的分泌机制涉及多种生物学过程，包括基因表达、蛋白质合成、加工和运输等。
以下是抗菌肽分泌机制的一般步骤：
1. 基因转录：在感染或炎症等刺激下，宿主细胞（如免疫细胞）中的抗菌肽基因会被激活并转录成mRNA。
2. mRNA翻译：mRNA被翻译成蛋白质前体（preproteins），这些前体蛋白含有多个氨基酸序列，包括信号肽、成熟肽和可能的加工序列。
3. 信号肽识别：信号肽识别是蛋白质运输到细胞器（如内质网）的关键步骤。
在信号肽识别过程中，蛋白质前体被导向到内质网。
4. 蛋白质加工：在内质网中，蛋白质前体经历一系列的加工事件，包括信号肽的切割、糖基化、折叠和成熟肽的生成。
5. 蛋白质运输：加工后的蛋白质通过高尔基体和囊泡运输系统被运送到细胞膜附近。
6. 蛋白质分泌：蛋白质通过胞吐作用（exocytosis）从细胞膜分泌到细胞外。
胞吐涉及囊泡与细胞膜的融合，释放蛋白质到细胞外环境。
7. 抗菌肽的作用：释放到细胞外的抗菌肽可以与病原体的细胞膜结合，导致细胞膜的破坏，进而引起病原体死亡。
8. 抗菌肽的降解：在宿主体内，抗菌肽可能会被特定的酶（如蛋白酶）降解，以避免对宿主细胞的持续损伤。
值得注意的是，不同的抗菌肽可能通过不同的分泌途径和机制发挥作用。
例如，一些抗菌肽可能通过细胞内途径直接作用于细胞内的病原体，而不需要分泌到细胞外。
此外，抗菌肽的分泌和作用受到严格的调控，以确保宿主防御系统的有效性和安全性。
