短鏈peptides的定義

1、短鏈peptides的定義含有數(shù)個(gè)至數(shù)十個(gè)胺基酸者，稱為peptide 或polypeptide；百個(gè)以上者可稱蛋白質(zhì)，至於其間的模糊地帶，稱蛋白質(zhì)或多汰均可。另一方面，很多胺基酸也有生理作用，例如味素的成分是麩胺酸，也是神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)的一種；而色胺酸有安眠的作用，牛奶中含有很多色胺酸(9)。有許多peptides已經(jīng)具有生理功能，而且作用強(qiáng)大。這些peptides的合成方式都不盡相同，有些是經(jīng)過蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)譯後切下來的片段，有些是要用酵素把一個(gè)一個(gè)胺基酸接上去的。它們的基本作用機(jī)制都很相似，都是以該peptides所組成的特殊立體構(gòu)形，與目標(biāo)細(xì)胞膜上的接受體結(jié)合，進(jìn)而對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生作用。下列為一些具生

2、理功能peptides的實(shí)例(9)：1. 腦啡Enkephalin（YGGFM）2. 代糖L-Aspartame（L-ASP-Phe-CH3）3. 短鏈荷爾蒙Oxytocin, Vasopressin4. 抗生素Gramicidin S（含D-amino acid）短鏈peptides最值得重視的生理功能即為它們具有抗菌功能，有人將這些peptides稱為peptides抗生素。peptides抗生素是指相對(duì)分子量通常在1×104以下，具有抗菌活性的peptides。但是由於區(qū)分peptides與蛋白質(zhì)的界限不很嚴(yán)格，不同學(xué)者對(duì)peptides抗生素的分子量上限有不同的觀點(diǎn)(10)。

3、抗菌性peptides的發(fā)現(xiàn)peptides抗生素研究的真正源起是從20世紀(jì)80年代初期始的。1980年，Boman等人從美國(guó)天蠶蛹中分離得到了具有抗菌活性的peptidececropins，並於次年在Nature上公布了其氨基酸序列。同是在1980年人Lefur等人從兔的巨噬細(xì)胞中分離到了另一種peptides抗生素defensins。並於3年後公布了其氨基酸序列。此後數(shù)年間，人們相繼從細(xì)菌、真菌，到兩棲類、昆蟲、高等植物、哺乳動(dòng)物、直至人類體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了peptides抗生素。目前，昆蟲來源的peptides抗生素，就已達(dá)170餘種(10)。為什麼生物體要製造抗菌性peptides地球最早演

4、變時(shí)有微生物存在，而後才有動(dòng)植物，也就是動(dòng)植物要有防禦系統(tǒng)來避免和克服病原菌的感染，才得以存活，其中包括抗菌peptides的產(chǎn)生。由於許多這類peptides於試管內(nèi)顯示可以對(duì)抗已對(duì)傳統(tǒng)抗生素有抗性的微生物，他們可能提供了抗感染藥劑的設(shè)計(jì)模版，如此這種peptides將會(huì)對(duì)目前抗性微生物增多導(dǎo)致傳統(tǒng)抗生素效力下降的情形有所助益，同時(shí)也可能發(fā)展抗病轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物。動(dòng)植物抗菌peptides通常是陽性分子，由12至45個(gè)胺基酸組成，這種peptides可能原本存在於體內(nèi)或感染受傷後才製造出來，一些呈-螺旋狀結(jié)構(gòu)，一些則為分子內(nèi)胱胺酸（Cystine）雙硫鍵穩(wěn)定化的-層元件。屬-螺旋peptides

5、者，Boman首先發(fā)現(xiàn)蠶蛹中的抗菌peptideCecropins，但類似此peptides的物質(zhì)不僅存在於其他昆蟲綱，亦發(fā)現(xiàn)在豬腸和海洋生物中。-層結(jié)構(gòu)的抗菌peptides在許多動(dòng)植物中產(chǎn)生，某些為抗真菌和抗細(xì)菌的物質(zhì)；某些能在高鹽環(huán)境中維持其活性，如Protegrins和Tachyplesins在血液和組織液中。脊椎動(dòng)物產(chǎn)生的Defensins含29至40個(gè)胺基酸，因Cysteines的位置和結(jié)合性不同分為-和-Defensins。四種-Defensins貯存在嗜中性白血球中防禦微生物的侵入，-Defensins中HBD-1由上皮細(xì)胞產(chǎn)生流入全身，主要在腎和女性生殖道存在；另一HBD-2

6、由發(fā)炎皮膚製造。植物特有的抗菌peptides Thionins約為5KDa，Drosomycin為在果蠅中發(fā)現(xiàn)的抗真菌peptides(8)?？咕詐eptides的作用機(jī)制不同抗菌及抗微生物peptides對(duì)於不同的目標(biāo)生物作用機(jī)制不盡相同，簡(jiǎn)單介紹如下：抗菌及抗微生物peptides殺菌的機(jī)制peptides吸附於脂膜表面，產(chǎn)生延展表面的張力，使脂膜變薄，當(dāng)peptides濃度超過臨界值，peptides 會(huì)裂開脂膜，形成孔洞，使微生物及細(xì)菌的新陳代謝失調(diào)而死亡(11)。真菌的作用許多peptides除了具有抗細(xì)菌的活性外，還具有抗真菌的作用。如兔defensinNp-1對(duì)玉米的致病真菌

7、也有作用。一些來源於植物的peptides，如植物defensi11s、thionins等對(duì)多種植物致病真菌具有殺傷作用。最近，Cavallarin等發(fā)現(xiàn)cecropin衍生物N末端螺旋區(qū)域的11個(gè)氨基酸順序與抗真菌活力有關(guān)(10)。 抗菌及抗微生物peptides對(duì)原蟲的作用一些peptides可以有效地殺死寄生於人類或動(dòng)物的寄生蟲。如5hiva-1（一種ce-cropin的類似物）可以殺死瘧原蟲；一種cecropinmelittin的雜合肽可以殺傷萊什曼鞭毛蟲(10)。 抗菌及抗微生物peptides對(duì)病毒的作用目前發(fā)現(xiàn)抗微生物peptides以3種不同的機(jī)制抗病毒。第1種是通過抗微生物p

8、eptides直接與病毒粒子相結(jié)合而發(fā)揮作用。如-defensins、mode1in-1等對(duì)皰疹病毒的作用，polyphemusins對(duì)HIV病毒的作用。第2種是抑制病毒的繁殖，如mellitin和cecropin A對(duì)HIV病毒的作用。第3種機(jī)制是通過模仿病毒的侵染過程而起作用。如me1ititn及其類似物K71的結(jié)構(gòu)與煙草花病毒核外殼與mRNA相互作用的區(qū)域具有相似性，通過干擾病毒的組裝而對(duì)病毒產(chǎn)生作用(10)。 抗菌及抗微生物peptides對(duì)癌細(xì)胞的作用許多研究顯示與正常細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞對(duì)peptides更敏感，目前對(duì)引起這種差別的原因還不完全清楚，初步認(rèn)為與以下幾個(gè)因素有關(guān)：由於腫

9、瘤細(xì)胞的高代謝引起細(xì)胞膜電位的改變；腫瘤細(xì)胞膜外表面含有更高的酸性磷脂；腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞骨架或胞外基質(zhì)的變化。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)cecropin及其類似物，magainin2及其類似物，cecropinA一magainin2，cecropinA-melittin雜合肽及其類似物都對(duì)腫瘤細(xì)胞具有選擇性殺傷作用(10)?？刮⑸锏膒eptides在動(dòng)物防禦系統(tǒng)的角色動(dòng)物每天可能藉由接觸、吞嚥及吸入而曝露於百萬個(gè)潛伏的病源菌中，他們藉由先天性的免疫機(jī)制避免受到感染，細(xì)胞性免疫系統(tǒng)並不會(huì)在動(dòng)物一開始遭遇病源菌即被觸發(fā)，以擔(dān)任抵禦感染之責(zé)，所以近十年來發(fā)現(xiàn)cationic antimicrobial pepti

10、des在防禦微生物的重要性與抗體、免疫細(xì)胞、吞噬細(xì)胞相同。以果蠅為例，cationic antimicrobial peptides是主要對(duì)抗細(xì)菌或lipopolysacchride的型式，且調(diào)控機(jī)制與哺乳類免疫系統(tǒng)相似，均由Toll receptors及NFB參與(1)。cationic antimicrobial peptides是由12至50個(gè)氨基酸所組成，其中約百分之五十為疏水性氨基酸，由於lysine與arginine的緣故，所以帶有兩個(gè)以上之正電。cationic antimicrobial peptides普遍出現(xiàn)於所有生物體中，包括：植物、昆蟲、軟體動(dòng)物、甲殼類、兩棲類、魚類、

11、鳥類、哺乳類及人類，已經(jīng)有超過五百種此類peptide被發(fā)現(xiàn)。它們的結(jié)構(gòu)上至少分為四大類。這些peptides的作用對(duì)象廣泛，能殺死或中和革蘭氏陽性及陰性細(xì)菌、真菌、寄生蟲、腫瘤細(xì)胞及病毒，它們會(huì)選擇性地作用於微生物而非真核細(xì)胞，但也不是所有的peptides都具有上述全部之功能，例如：indolicidin這種具13個(gè)氨基酸的peptide即具有殺死細(xì)菌、真菌及HIV之能力(1)?？刮⑸飌eptides常見於會(huì)直接與病原菌接觸的部位，如：眼、耳、皮膚、及上皮表面（包括舌頭、氣管、肺、腸道、骨髓及睪丸），而且它們也是嗜中性球中最普遍的蛋白質(zhì)型式，可與嗜苯銨鹽顆粒球共同作用以組成非氧化性的抗菌

12、毒殺系統(tǒng)(1)。動(dòng)物的黏膜表層覆蓋著上皮組織以對(duì)抗微生物、物理及機(jī)械性的傷害，這樣的第一道防線主要組成份子為黏液素、其他的醣蛋白、蛋白質(zhì)酵素抑制物以及cationic peptides，健康的上皮細(xì)胞-defensin基因會(huì)少量表現(xiàn)，有些defensin基因能在施以proinflammatory cytokines、LPS或細(xì)菌時(shí)被誘導(dǎo)，例如：人體在keratinocytes製造的-defensin（HBD）-2會(huì)在keratinocytes與革蘭氏陰性菌或是proinflammatory cytokines（如腫瘤壞死因子及IL-1）接觸時(shí)被強(qiáng)烈地誘導(dǎo)，HBD-2 mRNA表現(xiàn)於皮膚、包皮、

13、肺、氣管但不會(huì)在腎臟、唾腺、小腸和肝臟表現(xiàn)。但HBD-1就主要在泌尿道及腎臟持續(xù)性地表現(xiàn)。其他產(chǎn)生於上皮細(xì)胞可誘導(dǎo)性的-defensin還包含了有：分離自牛呼吸道黏膜的氣管抗微生物peptide（TAP）、舌狀的抗微生物peptide以及腸道的-defensin；TAP在呼吸道的圓柱狀上皮細(xì)胞所表現(xiàn)，其mRNA在與LPS反應(yīng)時(shí)大幅表現(xiàn)。因?yàn)橛衪ranscription factor NFB和Toll receptors的參與證實(shí)了人類上皮細(xì)胞產(chǎn)生之HBD-2與植物及昆蟲的始祖防禦機(jī)制相似；當(dāng)上皮細(xì)胞遇上了曾經(jīng)接觸過的微生物，這樣的防禦機(jī)制便會(huì)產(chǎn)生立即性的對(duì)抗微生物反應(yīng)，此機(jī)制與免疫系統(tǒng)最大的區(qū)

14、別在於免疫系統(tǒng)的專一性較高，但需要花費(fèi)較多時(shí)間辨識(shí)自我與非我之差別，而誘導(dǎo)性的peptide反應(yīng)卻可在短時(shí)間對(duì)廣泛的微生物作出反應(yīng)(1)。 在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的模式中證明了不同的peptide的確具有抗菌、抗真菌、佐劑及抗內(nèi)毒素之功效。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了乳酸鏈球菌菌素（一種由乳酸菌產(chǎn)生，有抑菌作用之小分子peptide）在鼠體內(nèi)具有系統(tǒng)性保護(hù)其不受Streptococcus pneumoniae感染之效。研究這些peptide的可應(yīng)用以在gene-therapy上，利用腺病毒將帶有DNA或人類peptide LL-37送入鼠體，結(jié)果有效地降低了細(xì)菌對(duì)鼠產(chǎn)生之反應(yīng)，並減少發(fā)炎現(xiàn)象，並且戲劇性地生高了牠在面臨

15、Escherichia coli所產(chǎn)生內(nèi)毒素的存活率(1)。已知cationic antimicrobial peptides是某些吞噬細(xì)胞的主要成份，尤其是嗜中性球及泡狀的巨噬細(xì)胞，它們?cè)谶@些細(xì)胞中似乎參與了非氧化性的毒殺作用，雖然，吞噬細(xì)胞對(duì)細(xì)菌的氧化性毒殺作用較受到重視，但非氧化性的毒殺作用也十分具有效力，因?yàn)樵诼匀庋苛霾』俭w內(nèi)的嗜中性球缺乏氧化效力，但仍舊能殺死大部份的細(xì)菌，實(shí)際上，這類的患者只是較容易受到一種對(duì)於cationic antimicrobial peptide有抗性的細(xì)菌Burkholderia cepacia的感染。cationic antimicrobial pep

16、tides被認(rèn)為是在膜上才具活性的作用者，但或許對(duì)某些peptides是如此，許多peptides甚至於是絕大部分並不將膜視為必須的目標(biāo)位置。cationic antimicrobial peptides對(duì)於革蘭氏陰性菌概要的作用機(jī)制為：peptides會(huì)與細(xì)胞膜產(chǎn)生交互作用並毒殺此細(xì)胞。一開始peptide經(jīng)由self-promoted uptake穿過外膜，因?yàn)檫@些peptides能與LPS產(chǎn)生交互作用而取代其雙鍵使之破壞，然後peptides就能從這些被破壞處進(jìn)入細(xì)胞外膜，接著，peptides與帶負(fù)價(jià)電的磷脂類膜結(jié)合並以與膜相互平行之方向插入膜中，再經(jīng)由膜上原本的孔洞進(jìn)入細(xì)胞之中，帶正

17、電的peptides與帶負(fù)電的DNA作用而使之受到阻斷。而Burkholderia cepacia就是因?yàn)槿狈α藄elf-promoted uptake的能力，使得peptide的作用無法執(zhí)行(1)。每年在北美洲至少有五千個(gè)病患會(huì)面臨敗血癥，敗血癥的發(fā)生常伴隨著血液中含有病原微生物或它們產(chǎn)生的毒素，如下圖所示：敗血癥可能由革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌所引發(fā)，革蘭氏陰性敗血癥通常起因於細(xì)菌釋放出外膜構(gòu)造LPS，LPS的毒性在於它的lipid A部份；革蘭氏陽性敗血癥據(jù)推測(cè)也是由於釋出了某些細(xì)胞壁的成份，如：lipoteichoic acid（LTA）、peptidoglycan（PG），而目前對(duì)於

18、細(xì)菌性感染的抗生素治療方式，多會(huì)引發(fā)這些導(dǎo)致致死性敗血癥的物質(zhì)釋出；相較之下，peptides在組織培養(yǎng)與人體血液中能防止細(xì)菌釋出物誘導(dǎo)細(xì)胞激素的產(chǎn)生，且它能阻斷鼠敗血癥的發(fā)生。另有研究指出，一種稱為CEMA的peptide能阻斷許多由LPS所誘導(dǎo)的基因表現(xiàn)，因其具有部分阻止LPS與血清蛋白LBP的能力，除此之外，CEMA更能直接影響巨噬細(xì)胞基因的表現(xiàn)(1)。因此，作者想藉由cationic antimicrobial peptides加上lysozyme-assisted killing達(dá)成直接殺死微生物並回饋控制細(xì)胞激素反應(yīng)的效果，進(jìn)而能利用不同的peptides對(duì)抗具有抗抗生素能力的感染

19、原(1)。艾爾文加州大學(xué)的科學(xué)家在老鼠實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)一種稱為Paneth細(xì)胞，它能捍衛(wèi)腸子對(duì)抗入侵的細(xì)菌；當(dāng)腸內(nèi)的外敵入侵時(shí)，它能在數(shù)分鐘內(nèi)釋放出一種抗生素蛋白，叫做防禦質(zhì)（defensins）(5)。血管生成素4 (angiogenin 4, Ang4) 原本被認(rèn)定屬於促進(jìn)新血管生成可以提供腫瘤細(xì)胞養(yǎng)份的蛋白族群之一員，而現(xiàn)在科學(xué)家發(fā)現(xiàn)小腸中的Ang4來源是由小腸內(nèi)襯當(dāng)中稱為Paneth細(xì)胞所分泌。原本這些Paneth細(xì)胞位於小腸消化腺的底部可以分泌溶解酵素 (lysozyme)，在腸道的抗菌過程中即扮演一定的作用。更令科學(xué)家們吃驚的是，在腸道中Ang4蛋白的表現(xiàn)卻是由腸道中的益菌Bacter

20、oides thetaiotaomicron所調(diào)控的。到目前為止，由細(xì)菌調(diào)控而產(chǎn)生具有抗菌能力的蛋白，Ang4可以說是第一個(gè)而且是唯一的例子(6)。植物抗菌性peptides不同的生物以各式各樣的機(jī)制來抵禦侵略者，最有效率的莫過於產(chǎn)生免疫球以直接對(duì)抗不同微生物，可是只有在高等脊椎動(dòng)物才有產(chǎn)生免疫球的機(jī)制，而其他更廣大的生物群則藉由產(chǎn)生小的peptides來達(dá)成防衛(wèi)的目的(2)。以植物為例，病原和寄主接觸後，寄主對(duì)病原的一種早期專一性的快速反應(yīng)，決定是否病原繼續(xù)生長(zhǎng)及病害繼續(xù)發(fā)展。當(dāng)病原接觸植物表面後，特別是真菌及細(xì)菌性病原會(huì)釋出如糖蛋白、多醣類、脂肪酸和勝鏈等物質(zhì)，在各種寄主-病原組合，這些物

21、質(zhì)可作為寄主識(shí)別作用的病原激發(fā)因子(pathogen elicitor)。寄主植物上對(duì)激發(fā)因子之感受器(receptor)的存在位置仍不清楚，可能在細(xì)胞膜外、細(xì)胞膜上或細(xì)胞間(4)。一旦寄主植物上的分子識(shí)別且和衍自病原的激發(fā)因子反應(yīng)，植物產(chǎn)生警告訊息(alarm signal)分子，和酵素蛋白或核基因結(jié)合，將啟動(dòng)植物細(xì)胞一連串生物化學(xué)反應(yīng)及構(gòu)造改變，其產(chǎn)物向病原侵入點(diǎn)移動(dòng)，以抵擋病原，包括其所分泌之酵素及毒質(zhì)等。此訊息分子的傳遞，可經(jīng)由細(xì)胞間或系統(tǒng)性輸送?？梢苿?dòng)的訊息分子之化學(xué)特性並不確定，細(xì)胞內(nèi)的訊息分子轉(zhuǎn)換者(transducer)包括有各種激酵素(protein kinase)、鈣離子(

22、calcium ion)、磷酸化酵素(phosphorylases)、磷脂酵素(phospholipase)、ATPase、過氧化氫(hydrogen peroxide)、乙烯(ethylent)和其他物質(zhì)。系統(tǒng)性的訊息分子轉(zhuǎn)換作用(systemic signal transduction)和系統(tǒng)誘導(dǎo)抗病性(systemic acquired resistance)有關(guān)，經(jīng)由水楊酸(salicylic acid)、植物細(xì)胞壁釋出之寡半乳糖醛酸(oligogalacturonides)、jasmonic acid、systemin、脂肪酸、乙烯和其他物質(zhì)所完成。所以某些人工合成化合物如水楊酸、d

23、ichloroisonicotinic acid能夠啟動(dòng)訊息分子途徑(signaling pathway)，導(dǎo)致對(duì)植物病原性病毒、細(xì)菌及真菌等產(chǎn)生系統(tǒng)誘導(dǎo)抗病性(4)。對(duì)病原的激發(fā)因子之瞭解仍少，病原的激發(fā)因子可能在病原侵入前或侵入時(shí)所產(chǎn)生，其可能是病原表面物質(zhì)在植物酵素(如-glucanase和/或chitinase)作用之後釋出的-葡聚糖(-glucan)、幾丁質(zhì)(chitin)、殼聚糖(chitosan)，或是病原侵入植物後受到寄主訊息分子刺激而產(chǎn)生(4)。 抗菌性peptides是由單一基因藉由很迅速且很有彈性的方式所產(chǎn)生，因其分子很小，故生產(chǎn)這樣的peptides只會(huì)消耗h

24、ost少量能量及biomass。最常見的兩種抗菌性的peptides為cecropins及magainins。cecropinst為第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物抗菌性peptide，常累積於非脊椎動(dòng)物的淋巴結(jié)，對(duì)於革蘭氏陽性及陰性菌均具有強(qiáng)大之殺傷力，而對(duì)於真菌和真核細(xì)胞沒有毒性；magainins則由兩棲類的皮膚腺體所分泌，對(duì)於革蘭氏陽性及陰性菌、真菌、原生動(dòng)物都有殺傷作用，但對(duì)於革蘭氏陽性菌的活性比cecropins要低十倍左右。這兩者均為小的基本peptides（20-40 residues），具兩性的-helical結(jié)構(gòu)，能穿過微生物的膜形成離子孔洞。另一類的抗菌peptide是Cys-rich

25、 peptides，與cecropins及magainins不同的是它具有複雜的cystine-stabilized三級(jí)構(gòu)造，並且多為反平行的-sheets?？咕|(zhì)（defensins）是屬於Cys-rich antimicrobial peptides的一類，它們具有不同的長(zhǎng)度、cystine數(shù)量、鍵結(jié)及組裝架構(gòu)。昆蟲的抗菌質(zhì)與cecropins同樣是藉由病源菌誘導(dǎo)而在淋巴結(jié)產(chǎn)生，而哺乳動(dòng)物的抗菌質(zhì)則由體內(nèi)許多不同的特殊細(xì)胞所產(chǎn)生，它們也會(huì)由上皮細(xì)胞所分泌，如腸道及呼吸道，以維持正常菌相的平衡，除此之外，也有助於在上皮細(xì)胞曝露於細(xì)菌LPS時(shí)的調(diào)控作用。抗菌質(zhì)在先天性免疫系統(tǒng)上的重要性我們可由

26、血液中缺乏抗菌質(zhì)的生物體會(huì)一再地受到感染而得知。最近我們發(fā)現(xiàn)植物體內(nèi)有一類新的peptides結(jié)構(gòu)與功能和昆蟲及哺乳動(dòng)物的抗菌質(zhì)相似，所以我們將這類物質(zhì)稱為plant defensins。植物抗菌質(zhì)首次是由Mendez及與其共同工作成員所發(fā)現(xiàn)分並離自小麥和裸穀類，因?yàn)樗鼈兊拇笮∨c-、-thionins相似並具相同數(shù)量之雙硫鍵結(jié)，故原取名為-thionins，後續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)thionins與-thionins在結(jié)構(gòu)上並不相關(guān)，而與-thionins相似的蛋白質(zhì)則可自單子葉及雙子葉植物種子中分離。這些植物抗菌質(zhì)有下列之特色：1. 結(jié)構(gòu)與功能和昆蟲及哺乳動(dòng)物的抗菌質(zhì)相似，推測(cè)彼此之間有演化上的關(guān)係2

27、. 有些植物抗菌質(zhì)能有效地抑制微生物的生長(zhǎng)3. 具有保護(hù)植物種子的能力4. 具有保護(hù)植物組織的能力比較不同種類植物的抗菌素氨基酸序列發(fā)現(xiàn)了下列幾個(gè)共同點(diǎn)：為45至54個(gè)氨基酸組成、帶淨(jìng)正電荷、序列有相當(dāng)保守性。近年發(fā)現(xiàn)一種由果蠅（Drosophila meelanogaster）所製造的抗真菌peptide稱為drosomycin，與植物抗菌質(zhì)Rs-AFP1具有38的residues相似性，除此之外，植物的抗菌質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能和昆蟲及哺乳動(dòng)物的抗菌質(zhì)相似。許多植物抗菌質(zhì)只要在micromolar的濃度即能抑制廣泛的針菌，但帶兩個(gè)正電荷離子的存在卻會(huì)抑制植物抗菌質(zhì)的作用，尤以鈣離子為最，這樣的現(xiàn)象也

28、可在昆蟲及哺乳類的抗菌質(zhì)中見到。植物的抗菌質(zhì)在結(jié)構(gòu)上及功能上與昆蟲及哺乳動(dòng)物的抗菌質(zhì)相似，有證據(jù)指出植物的抗菌質(zhì)在植物的防禦上相當(dāng)重要，不論是在其週圍的組織上或是在病原菌的壓力下，會(huì)表現(xiàn)抗菌質(zhì)之基因轉(zhuǎn)殖植物都表現(xiàn)出較高的存活率(2)。有越來越多的證據(jù)指出，植物和動(dòng)物有一些相同的份子，可以用來防禦病源菌，原本認(rèn)為，在植物中有nonspecific system包括主動(dòng)和被動(dòng)的防禦，而動(dòng)物中有specific immune system，令人驚訝的是植物也有specific nonself-surveillance system，而動(dòng)物中有nonspecific system(3)。在植物中已知道

29、有8種抗微生物的peptide，大小從2到9kD，包括有thionin、defensins、so-called lipid transfer protein、hevein-and knottin-like peptides、MBP1、IbAMP、snakins，此8種Plant defense 藉著2到6個(gè)雙硫鍵型成緊密的結(jié)構(gòu)(3)?？刮⑸锏膒eptide在植物防禦中佔(zhàn)有很重要的角色，有一些判定peptide的方法，（a）在in vitro時(shí)可以抗微生物的活性（b）基因的表現(xiàn)，peptide的分布，peptide在植物中被病源菌感染前和感染後的濃度差異（c）和其他基因產(chǎn)物的相互作用(3)。在

30、動(dòng)物中的抗微生物peptide，其結(jié)構(gòu)可能為直線或是球狀（雙硫鍵型成的-sheet結(jié)構(gòu)），然而在植物中，目前只發(fā)現(xiàn)雙硫鍵型成的peptide結(jié)構(gòu)；在植物中抗微生物的peptide，thionin是第一個(gè)可以在in vitro，具有抗微生物能力的，之後又發(fā)現(xiàn)許多其cysteine-rich peptides包括defensins、lipid transfer protein、hevein-type peptides、knottin-type peptides(3)。植物抗菌性peptides的結(jié)構(gòu)分析為研究的方便，人們根據(jù)peptides抗生素的結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行了分類。以下茲就各種植物抗菌性pept

31、ides的結(jié)構(gòu)作分析：一、thionin的結(jié)構(gòu)和分布thionin和purothionin為同源的peptide，purothionin是第一個(gè)從小麥種子中分離出來的。最原始的purothionin是從hexaploid wheat中分離出來的，而在Aegilops-Triticum的22diploid、tetraploid、hexploid species中，觀察它的胚乳，發(fā)現(xiàn)每一個(gè)diploid至少都有一個(gè)變化二、defensin的結(jié)構(gòu)和分布植物的defensin是屬於抗微生物peptide的一種，其長(zhǎng)度有4554個(gè)胺基酸，defensin從不同的taxa分離出，且可能在整株植物中都具有d

32、efensin，根據(jù)defensin的胺基酸長(zhǎng)度，進(jìn)而將不同的defensin作分類，而不同的結(jié)構(gòu)，其抗微生物的能力也有所不同（Figure2）。這個(gè)Family的所有defensin members都具有8個(gè)和cysteines結(jié)合的雙硫鍵，有一個(gè)甚至位於C-terminus，在所有的defensin這8個(gè)雙硫鍵都具有高度的保守性（Figure2）。三、lipid transfer protein的結(jié)構(gòu)和分布lipid transfer protein（LTPs）如此命名，是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)他們是屬於一種會(huì)在lipid及organelles之間作移動(dòng)的peptide，而近期的發(fā)現(xiàn)，更進(jìn)一步指出此pe

33、ptide和植物的防禦有關(guān)。植物的LTPs有9095amino acid polypeptide，一開始在菠菜的葉子、玉米的胚芽鞘、大麥的種子中有找到LTPs，後來幾乎在所有植物的細(xì)胞壁中都有找到LTPs。比對(duì)所有已被報(bào)導(dǎo)的LTPs序列，發(fā)現(xiàn)整個(gè)序列有1/3其保守性很高，其中含有8個(gè)cysteines所結(jié)合的雙硫鍵（Figure3）。近期有報(bào)導(dǎo)指出，棉花的纖維中具有的LTPs含有6個(gè)，而LTPs的四級(jí)結(jié)構(gòu)，用X-ray diffraction和proton nmr作研究，除了結(jié)構(gòu)之外進(jìn)一步也要知道LTPs和lipid的interaction是如何發(fā)生。四、其他植物中的peptide famil

34、y(1)Hevein-and Knottin-like peptideHevein在橡膠樹的橡漿中是最多的蛋白質(zhì)，其長(zhǎng)度有43個(gè)胺基酸長(zhǎng)度，所含有的cysteine-rich peptide和植物中的chitin-binding domain及一些抗微生物的peptide同源。Hevein -like抗微生物的 peptide，來自甜胡椒，具有8個(gè)雙硫鍵結(jié)合的cysteine，從橡漿中也可找到，然而在amaranth中的Hevein like缺少了2個(gè)cysteines，這是因?yàn)镃-terminal的deletion。除此之外，利用proton nmr的分析，進(jìn)而了解Hevein 有3個(gè)-st

35、rands加上一個(gè)-helix的結(jié)合，造成Hevein的3級(jí)結(jié)構(gòu)。Knottin-like peptide抗微生物的 peptide，其長(zhǎng)度有3637個(gè)胺基酸長(zhǎng)度，從Mirabilis jalapa的種子中分離出來，具有6個(gè)雙硫鍵結(jié)合的cysteine，可以和Hevein -like抗微生物的 peptide明顯區(qū)分。而chitin-binding及Knottin-like peptide，從Pharbitis nil的種子中，和sugar-beet葉子中也有分離出來。胺基酸長(zhǎng)度從cDNA進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn) encoding Hevein的N-terminal signal peptide及C-t

36、erminal propeptide和煙草中的pathogenesis-related protein PR4同源。而從cDNA進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在amaranth中 Hevein like protein會(huì)encod出相似的precursor ，但是C-terminal peptide會(huì)變短。Knottin-like precursor不具有C-terminal propeptide。Hevein和Knottin-like peptide，in vitro可以廣泛的抑制真菌和gram-positive bacterium，且他們的活性可以藉著二價(jià)陽離子恢復(fù)活性。雖然大部分的文獻(xiàn)指出Hevein和

37、Knottin-like peptide只在種子中找到，但是Hevein和-like peptide在植物的其他組織中有找到。在轉(zhuǎn)殖基因的煙草植物中，過度產(chǎn)生Hevein和Knottin-like peptide，並不會(huì)增加抑制真菌Alternaria longipes，雖然在轉(zhuǎn)殖基因的蕃茄植物中，過度產(chǎn)生Hevein like peptide，將會(huì)減少真菌Trichoderma hamatum的感染。(2)Four-cysteine Antimicrobial peptide至少有2個(gè)抗微生物的 peptide families，具有4個(gè)cysteine，包括有MBP-1，從玉米中分離出來，

38、其具有33 peptide，而從Impatiens balsamina的種子中分離出來，其具有20 peptide（Ib-AMPs）。第一個(gè)有活性的peptide可以抑制gram-positive bacterium及gram-negative bacterium，然而Ib-AMPs可以抑制真菌及gram-negative bacterium。利用CD和two-dimensional proton nmr的分析，進(jìn)而了解Ib-AMPs的結(jié)構(gòu)。從multipeptide precursor進(jìn)行processing，才能產(chǎn)生成熟的Ib-AMPs，此過程的產(chǎn)生和apidaecin的過程很像，apid

39、aecin從蜂蜜中分離出來的抗微生物 peptide。(3)Twelve-csteine peptides新形式的抗微生物peptide，具有12個(gè)cysteine，包括有snakin-1（St-SN1），從potato tuber中分離出來，其具有63 peptide，其活性可以抑制小於10l濃度的真菌及gram-positive bacterium及gram-negative bacterium，此peptide有能力可以聚集bacterium，但是對(duì)人工的lipid membrane沒有影響。雖然此family還沒有其他成員被發(fā)現(xiàn)，但是它的同源peptide應(yīng)該是存在的。Erwinia

40、chrysanthemi的Snakin-sensitive突變，造成它對(duì)野生的potato tuber有較低的感染力，而在potato tuber中，snakin是主要的抗微生物 peptide。這個(gè)事實(shí)強(qiáng)烈的指出，此protein family的defense功能(3)。短鏈peptides的應(yīng)用目前這些抗菌peptides不僅已應(yīng)用於局部感染之治療劑，正在進(jìn)行臨床前和臨床試驗(yàn)，另外亦已將抗菌peptides轉(zhuǎn)殖至動(dòng)植物成為抗菌品種動(dòng)植物(8)。但是隨著研究的深入，人們相繼發(fā)現(xiàn)這類peptide還具有抗寄生蟲、病毒、癌細(xì)胞等功能，尤其是隨著這類peptides在醫(yī)藥學(xué)上的應(yīng)用。下列為這些pe

41、ptides應(yīng)用的實(shí)例：一、 以人工方式合成抗菌peptides合成方式有兩種：化學(xué)合成法、基因工程合成法。化學(xué)合成法的優(yōu)點(diǎn)是可以方便地在合成過程中改變peptides的一級(jí)結(jié)構(gòu)，加入特殊的氨基酸，對(duì)peptides末端進(jìn)行修飾，但昂貴的成本是限制其工業(yè)化應(yīng)用的最大障礙。基因工程合成法生產(chǎn)peptides是降低生產(chǎn)成本的一條有效途徑，但peptides對(duì)於原核細(xì)胞的毒性在一定程度上限制了其在原核表達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用(10)。前述之cecropin，由於其具有對(duì)於革蘭氏陽性及陰性菌均具有強(qiáng)大之殺傷力，而對(duì)於真菌和真核細(xì)胞沒有毒性之特性，故已被人工合成並商品化(10)。另外，一篇被登載在Journal of American Chemical Society由William DeGrado等人所發(fā)表的研究文章，其中指出將蛋白的基本NH2基及COO基鍵結(jié)(peptide bond)由共享一個(gè)碳變成分別鍵結(jié)一個(gè)碳，個(gè)別的兩個(gè)碳再連結(jié)。前者是自然的鍵結(jié)方式而後者是人工合成。利用此技術(shù)，該研究群成功合成一