抗菌肽的作用機(jī)理及應(yīng)用

抗菌肽的作用機(jī)理及應(yīng)用王亞平;余維維;秦夢茹;楊勇;金德俊;饒犇【摘要】Antimicrobialpeptides(AMPs),whichexistswidelyinlivingnature,areimportantpartofinnateimmunesystem.AMPsnotonlyhaveeffectiveandbrandspectrumantibacterialactivities,butalsohavetheactivitiesagainstfungi,viruses,protozoaandcancer.Becauseofthedifferentmechanismofantimicrobialactionwithantibiotic,theAMPswouldnotcausedrugresis-tanceandcrossresistance.AMPsmightbethenewgenerationofantibacterialdrugs,evenhavegreatmarketinagriculture,stockfarmingandaquacultureindustry.CombinedwiththepresentresearchsituationanddevelopmentprospectofAMPs,thisarticlesummarizedthesource,categorization,structure,antibacterialmechanismandprospectiveapplicationofAMPs.%抗菌肽廣泛存在于生物界中，是先天性免疫系統(tǒng)的重要組成部分，不僅具有高效廣譜抗細(xì)菌活性,還具有抗真菌、抗病毒、抗寄生蟲、抗腫瘤細(xì)胞等生物活性.由于其不同于抗生素的殺菌機(jī)理，不易產(chǎn)生耐藥性及交叉抗性作用彳艮可能成為新一代的抗菌藥物,在農(nóng)業(yè)、畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖等多方面具有巨大的市場.結(jié)合當(dāng)今抗菌肽的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景，對抗菌肽的來源、分類、結(jié)構(gòu)、抗菌機(jī)理、開發(fā)應(yīng)用前景等進(jìn)行了綜述.【期刊名稱】《湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)》【年(卷)，期】2018(057)005【總頁數(shù)】6頁(P9-13,70)【關(guān)鍵詞】抗菌肽;來源;分類;結(jié)構(gòu);作用機(jī)理【作者】王亞平;余維維;秦夢茹;楊勇;金德俊;饒犇【作者單位】湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，武漢430062;湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，武漢430062;湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，武漢430062;湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，武漢430062;湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，武漢430062;湖北省生物農(nóng)藥工程研究中心，武漢430064【正文語種】中文【中圖分類】Q5161972年，瑞典科學(xué)家Boman最先發(fā)現(xiàn)抗菌肽［1］。以惜古比天蠶蛹為材料，注射蠟狀芽孢桿菌誘導(dǎo)而產(chǎn)生的抗菌肽，命名為天蠶素(Cecropins)［2］。隨后，人們相繼在昆蟲、兩棲類、水生動(dòng)物類以及包括人在內(nèi)的哺乳動(dòng)物甚至植物、細(xì)菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量天然抗菌肽類群。其中，20世紀(jì)80年代，有關(guān)抗菌肽的研究主要集中在大型昆蟲類，20世紀(jì)90年代以來，從對大型昆蟲的研究延伸到一些小型昆蟲和其他無脊椎及脊椎動(dòng)物。至今，世界上已知的抗菌肽共有1700余種，并且不斷有新發(fā)現(xiàn)的抗菌肽被補(bǔ)充到抗菌肽數(shù)據(jù)庫中［3］?？咕?Antimicrobialpeptides,AMPs)，又稱抗微生物肽或肽抗生素，是一類小分子的多肽類物質(zhì)，一般由10~60個(gè)氨基酸殘基組成，分子量在3~6kD之間?？咕木哂心蜔帷⒛退?、耐堿以及水溶性良好等優(yōu)點(diǎn)，在生理?xiàng)l件下多數(shù)帶正電荷。在生物體內(nèi)，抗菌肽廣泛分布，是機(jī)體天然免疫系統(tǒng)組成性或誘導(dǎo)性表達(dá)的一類內(nèi)源肽，構(gòu)成了機(jī)體防御病原體快速而高效的屏障［4］。由于天然抗菌肽不同于抗生素的作用機(jī)理，抗菌肽極有可能成為新一代綠色環(huán)保抗菌新藥物，同時(shí)對于抗菌肽的研究可以為開發(fā)新藥物提供新思路，為改造動(dòng)植物品種創(chuàng)造條件。因此，抗菌肽在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、畜牧業(yè)以及食品化妝等多方面擁有巨大的市場前景。本研究結(jié)合當(dāng)今抗菌肽的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景，對抗菌肽的來源、分類、結(jié)構(gòu)、抗菌機(jī)理、開發(fā)應(yīng)用前景等進(jìn)行綜述，以期為這方面的研究提供參考。1抗菌肽的概述抗菌肽來源廣泛，主要以昆蟲、植物、哺乳動(dòng)物類為主，不同來源的抗菌肽根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為多種類群。有的抗菌肽即使是一級(jí)結(jié)構(gòu)具有同源性，但其二級(jí)結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致其類別有所差異，不同類別抗菌肽的作用機(jī)理及作用對象又不盡相同?？咕淖鳛橐环N小分子肽類物質(zhì)，其構(gòu)象與功能存在相關(guān)性。研究抗菌肽的來源、分類、結(jié)構(gòu)對于研究其應(yīng)用是必要的。1.1抗菌肽的來源隨著抗菌肽研究的深入，人們陸續(xù)從多種生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)抗菌肽，包括昆蟲抗菌肽、哺乳動(dòng)物抗菌肽、植物抗菌肽以及少數(shù)的兩棲類、節(jié)肢動(dòng)物類、魚類、貝類、鳥類抗菌肽等。1.1.1昆蟲抗菌肽目前，已從各種昆蟲中發(fā)現(xiàn)170多種抗菌肽［5］，主要包括天蠶素(Cecropins)、昆蟲防御素(Insectdefensins)、攻擊素(Attacins)、死亡素(Thanatin)等。天蠶素類抗菌肽分子中不含半胱氨酸，呈線性a-螺旋結(jié)構(gòu)，對革蘭氏陽性菌、陰性菌均具有抗菌活性；昆蟲防御素都有一個(gè)共同的6個(gè)半胱氨酸殘基序列，它們形成3個(gè)分子內(nèi)二硫鍵，呈反向平行B-折疊結(jié)構(gòu)，對革蘭氏陽性菌有強(qiáng)抗菌活性，對革蘭氏陰性菌的抗菌活性較弱；攻擊素富含甘氨酸(Gly)，有來自天蠶(Hyatophoracecropia)的attacinA-F［6］，來自家蠶(Bombyxmori)的attacin，麻蠅(Sarcophagaperegrina)的sarcotoxinIIA、sarcotoxinIA、IB、IC［7］，果蠅(Drosophilamelanogaster)的attacins也屬于攻擊素；死亡素是從半翅目昆蟲斑腹刺益蜻(Podisusmaculiventris)體內(nèi)分離出來的一個(gè)含21個(gè)氨基酸的多肽［8］，具有由1個(gè)二硫鍵橋穩(wěn)定的雙鏈阡折疊結(jié)構(gòu)。除此之外，在一些昆蟲的毒液中也分離到少量抗菌肽，例如從歐洲蜜蜂Apismellifera中分離到的一個(gè)26個(gè)氨基酸殘基的肽(命名為蜂毒素melittin)，它是蜂毒的一種主要組成成分，除具有溶血活性外，還具有抗微生物的特性［9］。1.1.2哺乳動(dòng)物抗菌肽陽離子抗菌肽防御素defensins是哺乳動(dòng)物中研究最多的—類抗菌肽，最先從兔［10］和豚鼠［11］的顆粒白細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。Cathelicidins是哺乳動(dòng)物中另一大類抗菌肽，最初是從豬的白細(xì)胞中分離到的［12］,其在牛、兔、綿羊、猴、馬以及人類中均有發(fā)現(xiàn)。CathelicidinAMPs不含半胱氨酸，無分子內(nèi)二硫鍵，但二級(jí)結(jié)構(gòu)多變，約一半呈a-螺旋結(jié)構(gòu)，而富含脯氨酸、精氨酸、色氨酸的肽含一個(gè)B-發(fā)夾結(jié)構(gòu)。這類抗菌肽在生物體內(nèi)以沒有活性的前體物質(zhì)形式存在，經(jīng)蛋白酶水解后釋放。另外一大類哺乳動(dòng)物抗菌肽是histatin，這是從人的唾液中分離出的一組富含組氨酸的小的陽離子肽。1.1.3植物抗菌肽植物中已發(fā)現(xiàn)至少8個(gè)家族的抗菌肽，大小2~9kD,主要包括硫素thionins、植物防御素plantdefensins、脂轉(zhuǎn)移蛋白lipidtransferproteins、橡膠蛋白類heveinlikepeptides、打結(jié)素類knottin-likepeptides、鳳仙花素IbAMP、蛻皮素snakins以及MBP1等，它們都是由2~6個(gè)二硫鍵形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，有的持續(xù)表達(dá)，有的誘導(dǎo)表達(dá)。1.1.4其他來源人們在兩棲類無尾動(dòng)物青蛙及蟾蜍的皮膚粒狀腺體和腸胃黏膜中已經(jīng)分離得到大量抗菌肽，在原索動(dòng)物海鞘、節(jié)肢動(dòng)物、魚類、貝類、鳥類等生物體中也均分離出大量抗菌肽。1.2抗菌肽的結(jié)構(gòu)及分類抗菌肽的分布和作用對象廣泛，根據(jù)其作用對象，可以將抗菌肽分為抗細(xì)菌抗菌肽、抗真菌抗菌肽、抗病毒抗菌肽、抗寄生蟲抗菌肽、抗腫瘤抗菌肽。其中動(dòng)物來源的抗菌肽根據(jù)其序列、結(jié)構(gòu)和抗菌特性等，又可分為如下4種：不含半胱氨酸的線性抗菌肽、具有半胱氨酸的環(huán)形抗菌肽、富含脯氨酸的抗菌肽和富含甘氨酸的抗菌肽。盡管有些抗菌肽來源不同，但序列具有一定的同源性，存在較強(qiáng)保守性的區(qū)段，其一級(jí)結(jié)構(gòu)具有普遍的相似性?？咕囊话愣加袃捎H性結(jié)構(gòu)，富含親水性堿性氨基酸殘基的N端，如Lys、Arg，富含親脂性疏水氨基酸的C端，C末端均被酰胺化?？咕牡慕Y(jié)構(gòu)特性使得抗菌肽能夠很好地與兩性分子構(gòu)成，特別是與呈負(fù)電性的細(xì)胞膜結(jié)合，這是抗菌肽與細(xì)菌細(xì)胞膜發(fā)生相互作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)［13］?？咕牡囊患?jí)結(jié)構(gòu)決定了氨基酸殘基的組成及排列順序，在一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上決定了二級(jí)結(jié)構(gòu)的組成情況，如a-螺旋、&-折疊，而抗菌肽的作用與其二級(jí)結(jié)構(gòu)有密切的聯(lián)系［14］。研究抗菌肽的結(jié)構(gòu)為了解作用機(jī)理提供條件，利于開拓抗菌肽應(yīng)用市場。目前，對已有抗菌肽的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，具有a-helix結(jié)構(gòu)的占抗菌肽總數(shù)的14.63%，具有B-結(jié)構(gòu)的占0.76%，同時(shí)具有a-helix結(jié)構(gòu)和阡結(jié)構(gòu)的占2.28%，富含稀有氨基酸的抗菌肽占10.07%，而具有二硫橋的抗菌肽占32.31%，其余39.92%為未知結(jié)構(gòu)的抗菌肽。隨著核磁共振技術(shù)在研究抗菌肽結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，人們對已知抗菌肽的三維結(jié)構(gòu)有了深入了解，根據(jù)對已知抗菌肽核磁共振分析的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，將抗菌肽分為五類［4］:①a-螺旋抗菌肽，如cecropins:②富含半胱氨酸抗菌肽，如drosomycin、HNP-1;③&-折疊抗菌肽，如tachyplesin和thanatin;④富含某種氨基酸的抗菌肽，如Pro、Trp、Arg和His抗菌肽；⑤含稀有被修飾氨基酸的抗菌肽，如格氏乳球菌(Lactococcuslactis)中的nisin、串珠菌(Leuconostocgelidum)中的leucocinA。2抗菌肽的生物學(xué)活性及機(jī)理2.1廣譜抗細(xì)菌抗菌肽具有高效廣譜抗細(xì)菌活性，大多數(shù)抗菌肽能同時(shí)抑殺革蘭氏陽性及革蘭氏陰性菌，Magainins是爪蟾產(chǎn)生的含21~27個(gè)氨基酸的一類堿性無半胱氨酸的抗菌肽，微克分子濃度的Magainins就能殺死革蘭氏陽性、陰性細(xì)菌。但是，不同抗菌肽的抗菌活性存在差異，昆蟲抗菌肽偏好殺死革蘭氏陽性菌［15］，天蠶素P1偏好殺死革蘭氏陰性細(xì)菌［16］，不同抗菌肽間、抗菌肽及抗生素間卻又具有協(xié)同作用，兩者聯(lián)用可提高抗菌肽和抗生素的效力，甚至能拓寬抗生素的抗菌譜［17］?？咕姆肿釉谒芤褐谐孰S機(jī)卷曲，由于靜電吸引被吸附到質(zhì)膜表面，接著分子中的疏水段和兩親性a-螺旋插入到質(zhì)膜中，通過膜內(nèi)分子間的相互位移作用，抗菌肽分子聚集使細(xì)菌質(zhì)膜穿孔而形成離子通道，破壞膜勢，引起胞內(nèi)水溶性物質(zhì)大量滲出，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。這是目前最為熱議的細(xì)胞膜損傷機(jī)理，除此之外，還存在一些其他看法，主要有如下三點(diǎn)［18］:①與細(xì)胞內(nèi)目標(biāo)特異性結(jié)合，抑制DNA、RNA、蛋白質(zhì)的合成；②阻斷細(xì)胞膜組分合成或者抑制細(xì)胞呼吸；③激活機(jī)體的免疫功能，利用機(jī)體的免疫細(xì)胞、細(xì)胞因子等殺傷細(xì)菌。2.2抗真菌有的抗菌肽對真菌也有較好的殺傷作用，如25~100mg/L的天蠶素對曲霉菌屬、鐮刀菌屬均具有殺傷作用［19］，兔防御素NP-1、植物防御素對多種植物致病真菌有殺傷作用，還有，從人類和靈長類動(dòng)物的唾液中分離出來的組蛋白對真菌也有抗性［20］。抗菌肽的抗真菌活性受離子濃度及溫度的影響［21］。對抗真菌抗菌肽作用機(jī)制進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)通過以下3種途徑實(shí)現(xiàn)：①阻止、破壞真菌細(xì)胞壁的合成；②與真菌細(xì)胞內(nèi)線粒體、核酸等大分子細(xì)胞器相互作用；③與細(xì)胞膜作用，在質(zhì)膜上形成孔洞，破壞膜勢，內(nèi)容物外卜泄。2.3抗病毒活性人類免疫缺陷病HIV是由一種RNA病毒-朊病毒引起的破壞人類免疫防御系統(tǒng)的疾病，目前，有研究表明，部分抗菌肽對HIV具有抗性，如美洲鱟素polyphemusins［22］、天蠶素AcecropinA以及蜂毒素melittin［23］，抗HIV抗菌肽的研究為治療艾滋病開辟了新途徑。此外，還有多種抗病毒抗菌肽，比如防御素defensins能殺傷單純皰疹病毒（HSV）、水泡性口膜炎病毒（VSV）、流感病毒（IV）等。關(guān)于其作用機(jī)理，已經(jīng)得到證明了的有3種，包括與病毒粒子結(jié)合、抑制病毒的繁殖、模仿病毒的侵染過程［24］。2.4抗寄生蟲抗菌肽可以有效地殺滅產(chǎn)生人類及動(dòng)物寄生蟲病的寄生蟲，如瘧疾、Chagas氏病、萊什曼病等。目前，發(fā)現(xiàn)抗菌肽抗寄生蟲活性機(jī)制與抗細(xì)菌相似，都會(huì)破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，然后間接引起寄生蟲細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞器變化，干擾正常代謝活動(dòng)［25］。昆蟲防御素對感染蚊的瘧原蟲不同發(fā)育時(shí)期的作用活性也存在差異。2.5抗腫瘤在腫瘤細(xì)胞中，對抗菌肽的敏感度比正常細(xì)胞要高。抗菌肽對正常哺乳動(dòng)物細(xì)胞及昆蟲細(xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)，連續(xù)48-72h均無不良影響，但對腫瘤細(xì)胞則有選擇性殺傷作用。天蠶素、爪蛙素、鼠抗菌肽NP-1和NP-2及人抗菌肽HNP-1均對纖維瘤細(xì)胞、宮頸癌細(xì)胞、肺癌細(xì)胞具有一定的殺傷能力［26］?？咕膶δ[瘤細(xì)胞的選擇性可能是由于細(xì)胞外膜含有較高的酸性磷脂成分，也可能與細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)差異有關(guān)?？咕奶禺愋宰R(shí)別腫瘤細(xì)胞后，利用腫瘤細(xì)胞膜的不完整性，將抗菌肽插入到腫瘤細(xì)胞膜上形成孔洞，內(nèi)容物外泄，線粒體出現(xiàn)空泡化，嵴脫落，核膜界限模糊不清，有的核膜破損，核染色體DNA斷裂，并抑制染色體DNA的合成［27］，細(xì)胞骨架也受到一定的損傷。2.6免疫功能抗菌肽除了以直接殺死病原菌的方式起作用外，更重要的是作為免疫效應(yīng)分子來啟動(dòng)，調(diào)節(jié)宿主免疫防御系統(tǒng)，溝通天然免疫防御與獲得性免疫防御體系，從而促進(jìn)免疫功能來消除感染，保護(hù)宿主免受病原微生物的侵害［28］。其具體表現(xiàn)主要有如下4點(diǎn)：①充當(dāng)免疫細(xì)胞的趨化因子，將免疫細(xì)胞快速而大量的聚集到感染部位發(fā)揮抗感染能力［29］。②調(diào)節(jié)相關(guān)免疫輔助細(xì)胞及免疫因子的活性來啟動(dòng)和調(diào)節(jié)特異性免疫，如抗菌肽可作為未成熟樹突狀細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞的化學(xué)誘導(dǎo)物［30］。③調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞因子的產(chǎn)生，B、T的抗原特異性免疫應(yīng)答，從而啟動(dòng)先天及獲得性免疫。④作為免疫佐劑，與未成熟的樹突狀細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞上的多種受體相互作用，從而影響抗原特異性的適應(yīng)性免疫的強(qiáng)弱。部分抗菌肽還能夠促進(jìn)肉芽組織增生，加快創(chuàng)面愈合，原因是抗菌肽能夠刺激纖維母細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖［26］。3抗菌肽的應(yīng)用前景3.1抗菌肽的獨(dú)特性與天然抗生素相比，抗菌肽由于其分子特性及作用機(jī)理的不同而存在一系列優(yōu)勢。首先，不易產(chǎn)生耐藥性?？股刂饕羌?xì)菌的發(fā)酵產(chǎn)物，由酶促反應(yīng)合成，發(fā)揮作用時(shí)需與細(xì)菌細(xì)胞膜或胞內(nèi)特異的受體結(jié)合，細(xì)菌容易通過變異而產(chǎn)生抗藥性?？咕膭t由于靜電吸引結(jié)合上膜，通過破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)來影響靶細(xì)胞活性。其次，抗菌肽具有廣譜抗菌活性，不僅能抗細(xì)菌、真菌，還能殺死病毒、病原蟲、腫瘤細(xì)胞等。而且，抗菌肽作為藥物，只選擇性的殺傷原核細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞，這對于開發(fā)治療癌癥、預(yù)防感染等藥物具有良好前景，甚至對治療艾滋病也有一定潛力。同時(shí)，抗菌肽還具有免疫分子效應(yīng)，它可以用作免疫制劑來加速免疫和促進(jìn)傷口愈合，相比較大的蛋白質(zhì)和免疫細(xì)胞而言，抗菌肽的擴(kuò)散速度更快?？咕姆肿邮址€(wěn)定，100°C加熱10min條件下仍能保持一定活性，對于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高離子強(qiáng)度環(huán)境也有一定抗性?？咕牡莫?dú)特性使得抗菌肽在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、食品等方面具有廣泛應(yīng)用潛力。3.2醫(yī)療制藥隨著人們對抗生素的依賴越來越嚴(yán)重，抗生素濫用現(xiàn)象逐漸成為影響醫(yī)療衛(wèi)生環(huán)境的一重大因素?？股貫E用會(huì)導(dǎo)致抗性菌及交叉抗性現(xiàn)象的產(chǎn)生，有研究表明，抗生素能刺激機(jī)體內(nèi)毒素的釋放［31］?？咕膭t不會(huì)誘導(dǎo)抗性菌產(chǎn)生，并且它還能抑制細(xì)菌產(chǎn)物誘導(dǎo)對人體有害的細(xì)胞因子的產(chǎn)生［32］。因此，抗菌肽的應(yīng)用能解決〃耐藥菌危機(jī)”，可用作制備抗病原菌感染和抗病毒藥物。如果對抗菌肽加以改造，還可以為合成新藥提供新思路。譬如，將抗菌肽與病原體表面特異受體結(jié)合的配體連接，抗菌肽可以靶向作用于病原菌、病毒、腫瘤細(xì)胞等［33］。另外，抗菌肽還可用作藥物載體［34］。抗菌肽具有良好的細(xì)胞穿透性，它能攜帶不能或不易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的藥物進(jìn)入細(xì)胞到達(dá)其作用位點(diǎn)；抗菌肽還具有選擇性殺傷作用，它不會(huì)對人體正常細(xì)胞產(chǎn)生作用，用作載體可以避免藥物對正常細(xì)胞的殺傷。在癌癥治療中，最大的問題是化學(xué)藥物對機(jī)體正常細(xì)胞的損傷，使人體免疫系統(tǒng)遭受破壞，免疫力低下。運(yùn)用抗菌肽開發(fā)設(shè)計(jì)的藥物，能幫助人們擺脫疾病折磨，給醫(yī)藥衛(wèi)生的發(fā)展和疾病治療帶來重大影響。3.3農(nóng)業(yè)種植農(nóng)藥的使用加劇了環(huán)境負(fù)擔(dān)，污染土壤環(huán)境，通過滲透作用，對水體環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生污染?？咕目勺鳛樾滦途G色農(nóng)藥替代品，其分子量小，容易被降解，即使進(jìn)入人體，也容易被人體消化系統(tǒng)分解，并不會(huì)對人體和環(huán)境產(chǎn)生危害，解除了農(nóng)藥殘留對人類健康及環(huán)境帶來的威脅。同樣，抗菌肽在保護(hù)農(nóng)作物免受侵染時(shí)也不會(huì)誘發(fā)病原菌的變異，微生物對農(nóng)藥的耐受性卻會(huì)隨著農(nóng)藥的使用而提高。除了直接用抗菌肽代替農(nóng)藥，還可以用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高植物的抗感染能力，以微生物為媒介，將抗菌肽的基因轉(zhuǎn)入到植物體內(nèi)。目前，抗菌肽轉(zhuǎn)基因在模式植物煙草及馬鈴薯中的研究較為成功。將magainin修飾后的產(chǎn)物Myp30轉(zhuǎn)基因至煙草，顯著降低了煙草對霜霉真菌(Peronosporatabacina)的感染［34］。抗菌肽的應(yīng)用無論是對提高作物產(chǎn)量，還是對生態(tài)環(huán)境，都具有重要的意義。3.4畜牧養(yǎng)殖在畜牧養(yǎng)殖中，面臨的最大問題是病原微生物感染，如豬腹瀉、奶牛乳房炎及各種病毒性疾病包括豬瘟、雞新城疫等?？咕闹谱鞯母鞣N動(dòng)物制劑能有效預(yù)防系列傳染性疾病，把特異的抗菌肽基因轉(zhuǎn)入特定的畜禽細(xì)胞誘導(dǎo)其表達(dá)能得到抗病新品種［35-37］。研究表明，飼料中添加抗生素嚴(yán)重破壞動(dòng)物腸道的微生物平衡，并且容易在動(dòng)物體內(nèi)殘留，嚴(yán)重影響畜產(chǎn)品質(zhì)量及人體健康［38］。無論是脊椎動(dòng)物還是無脊椎動(dòng)物，體內(nèi)均存在發(fā)達(dá)的微生物菌群，抗菌肽具有與抗生素相同的調(diào)節(jié)腸道菌群功能，促進(jìn)有益菌的生長，有利于調(diào)節(jié)體內(nèi)微生態(tài)，從而促進(jìn)動(dòng)物的生長［39］。并且，飼料中添加了抗菌肽的雞的存活率、產(chǎn)蛋率均有所提升，蛋殼的強(qiáng)度也有所提高，飼料的利用效率也明顯增強(qiáng)［40］?？咕淖鳛轱暳咸砑觿?，解決了抗生素所帶來的耐藥性、藥物殘留及系列環(huán)境問題，幫助提高畜禽產(chǎn)品質(zhì)量，推進(jìn)綠色畜牧養(yǎng)殖的發(fā)展。用基因工程技術(shù)生產(chǎn)抗菌肽，將抗菌肽基因克隆到基因工程菌株中，在飼料添加劑的加工過程中殺滅了工程菌，避免了對畜禽的毒害作用，防止了產(chǎn)品推廣后由于工程菌株擴(kuò)散導(dǎo)致的環(huán)境生態(tài)問題。但是，抗菌肽耐高溫，高溫加工過程依然保持活性［41］。隨著抗菌肽研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控日糧，誘導(dǎo)畜禽腸道菌群內(nèi)源性抗菌肽的表達(dá)，對于提高畜牧養(yǎng)殖產(chǎn)品的品質(zhì)也有極大幫助［38］。3.5食品加工抗菌肽具有耐酸、耐高溫、熱穩(wěn)定的特性，可以用作綠色食品防腐劑，減少化學(xué)防腐劑的使用。與化學(xué)防腐劑不同，抗菌肽防腐劑是殺滅菌種，而不是抑制菌種。而且，抗菌肽用作食品防腐劑，食品加工過程中加熱時(shí)并不會(huì)使抗菌肽變性，防止了巴氏滅菌后的再污染；添加到酸性食品、飲料中也依舊具有活性［42］。抗菌肽隨食品進(jìn)入到人體，人體消化道內(nèi)的蛋白酶可將抗菌肽分解，不會(huì)對人體健康造成威脅?；瘜W(xué)防腐劑大都是對人體有毒的，如硝酸鹽，具有致癌作用。另外，添加抗菌肽，在發(fā)酵過程中可以定向培養(yǎng)或殺滅某些菌種[33]；保存時(shí)，定向保護(hù)有益菌群和防止有害菌群異常發(fā)酵，還可以制成口服型藥品、保健品、營養(yǎng)品等。4小結(jié)隨著抗菌肽理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、作用機(jī)理的研究的深入，基因工程技術(shù)的快速發(fā)展，抗菌肽的應(yīng)用技術(shù)愈加成熟，對人們生活的影響更加廣泛深刻，同時(shí)解決生態(tài)環(huán)境壓力，系列新型環(huán)保綠色無害無殘留制劑解決人類生存隱患。但抗菌肽要達(dá)到工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用依然存在一些問題，主要有以下幾點(diǎn)：①來源問題，抗菌肽的來源主要分為從天然生物體中提取、化學(xué)合成、基因工程生產(chǎn)，天然抗菌肽的量極其微小，化學(xué)合成分離純化困難，基因工程獲得的抗菌肽雖然在一級(jí)結(jié)構(gòu)上與天然抗菌肽一致，但二級(jí)結(jié)構(gòu)、三維構(gòu)象等存在差異，無法保留抗菌肽活性，并且基因工程生產(chǎn)可能對宿主有毒，如此無法達(dá)到高水平表達(dá)；②分子量小，提取工藝復(fù)雜繁瑣且效率低，同時(shí)其堿性氨基酸增加了對蛋白酶的敏感度，更易被蛋白酶水解，無法穩(wěn)定存在；③與傳統(tǒng)抗生素相比，活性還不夠理想；④自然界中存在一些病原微生物對抗菌肽具有天生的耐藥性，這些病原微生物有著十分穩(wěn)定的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)或功能性特點(diǎn)，使得抗菌肽的使用受到限制，并且不易發(fā)現(xiàn)，延誤病情；⑤目前關(guān)于抗菌肽的藥理、藥代動(dòng)力學(xué)、藥效、毒理性等方面研究甚少，無法預(yù)測其是否會(huì)成為一種強(qiáng)致病原、是否有潛在的致畸性或致癌性等問題；⑥許多天然抗菌肽具有溶血作用，無法直接用作藥劑預(yù)防與治療疾病，需進(jìn)一步改造設(shè)計(jì)。隨著系列技術(shù)瓶頸的突破，抗菌肽定會(huì)替代抗生素成為偉大的發(fā)現(xiàn)。參考文獻(xiàn)：[1]BOMANHG,NILSSONI,RASMUSONB.InducibleantibacterialdefensesysteminDrosophila.[J].Nature,1972,237:232-235.[2]FAYEI,PYEA,RASMUSONB,etal.InsectimmunityIsimulaneousinductionofantibacterialactivityandselectivesynthesisofsomehaemolymphproteinindiapausingpupaeofHyalophoracecropoiaandSamiacythia[J].InfectImmun,1975,12:1426-1438.[3]LIAJX,XUXQ,LAIR,etal.Anti-infectionpeptidomicsofanlphibianskin[J].MolCellProtsomics,2007,6:882-892.[4]REDDYKVR,YEDERYRD,ARANHAC.Antimicrobialpeptides:Premisesandpromises[J].IntJAntimicrobAgents,2004,24(6):536-547.[5]BULETP,HETRUC,DIMARCQJ,etal.Antimicrobialpeptidesfrominsects:Structureandfunction[J].DevCompImmunol,1999,23:329-344.[6]HULTMARKD,ENGSTROMA,ANDERSSONK,etal.Insectimmunity.Attacins,afamilyofantibacterialproteinsfromHyalophoracecropia[J].EMBOJ,1983,2(4):571-576.[7]OKADAM,NATORIS.PrimarystructureofSarcotoxinI,anantibacterialproteininducedinthehemolymphofSarcophagaperegrina(fleshfly)larvae[J].JBiolChem,1985,260(12):7174-7177.[8]FEHLBAUMP,BULETP,CHERNYSHS,etal.Structure-activityanalysisofthanatin,a21-residueinducibleinsectdefensepeptidewithsequencehomologytofrogskinantimicrobialpeptides[J].ProcNatlAcadSciUSA,1996,93(3):1221-1225.[9]SUBBALAKSHMIC,NAGARAJR,SITARAMN.BiologicalactivitiesofC-terminal15-residuesyntheticfragmentofmelittin:Designofananalogwithimprovedantibacterialactivity[J].FEBSLetters,1999,448:62-66.[10]LEHRERRI,SZKLAREKD,SELSTEDME,etal.IncreasedcontentofmicrobicidalcationicpeptidesinrabbitalveolarmacrophageselicitedbycompleteFreundadjuvant[J].InfectImmun,1981,33(3):775-782.[11]ZEYAHI,SPITZNAGELJK.CationicproteinsofpolymorphonuclearleucocyteslysosomesI.Resolutionofantibacterialandenzymaticactivities[J].JBacteriol,1966,91:750-754.[12]RITONJAA,KOPITARM,JERALAR,etal.Primarystructureofanewcysteineproteinaseinhibitorfrompigleukocytes[J].FEBSLett,1989,255:211-214.[13]HANCOCKREW,DIAMONDG.Theroleofcationicantimicrobialpeptidesininnatehostdefences[J].TrendsinMicrobiology,2000,8(9):402-410.[14]HAVARDJENSSEN,PAMELAHAMILL,HANCOCKREW.Peptideantimicrobialagents[J].REV,2006,19(3):491-511.[15]BULETP,URGEL,OHRESSERS,etal.Enlargedscalechemicalsynthesisandrangeofactivityofdrosocin,anO-glycosylatedantibacterialpeptideofDrosophila[J].EurJBiochem,1996,238:64-69.[16]TAILORRH,ACLANDDP,ATTENBOROUGHS,etal.Anovelfamilyofsmallcysteine-richantimicrobialpeptidesfromseedofImpatiensbalsamina[J].JBiolChem,1997,272:2480-2487.[17]劉倚帆，徐良，朱海燕，等.抗菌肽與抗生素對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌的體外協(xié)同抗菌效果研究[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào)，2010,22(5):1457-1463.[18]McCaffertyDG,CUDICP,YUMK,etal.Synergyanddualityinpeptideantibioticmechanisms[J].CurrentOpinioninChemicalBiology,1999(3):672-680.[19]DELUCCAAJ,BLANDJM,JacksTJ,etal.FungicidalactivityofcecropinA[J].AntimicrobialAgentsandChemotherapy,1997,41(2):481-483.[20]PETRUZZELLIR,CLEMENTIME,MARINIS,etal.Respiratoryinhibitionofisolatedmammalianmitochondriabysalivaryantifungalpeptidehistatin-5[J].BiochemicalandBiophysicalResearchCommunications,2003,311(4):1034-1040.[21]AESHK,SREEJITHK.Peptideantibiotics:Analternativeandeffectiveantimicrobialstrategytocircumventfungalinfections[J].Peptides,2009,30(5):999-1006.[22]ANDREUD,RIVASL.Animalantimicrobialpepti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