昆蟲抗菌肽分類及在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用

王 龍，馮 群, 高嘉敏，孫麗娜，余運(yùn)運(yùn)，夏 嬙

(遵義醫(yī)學(xué)院珠海校區(qū)/貴州省免疫學(xué)研究生教育創(chuàng)新基地，廣東珠海519041)

昆蟲抗菌肽分類及在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用

王 龍，馮 群, 高嘉敏，孫麗娜，余運(yùn)運(yùn)，夏 嬙*

(遵義醫(yī)學(xué)院珠海校區(qū)/貴州省免疫學(xué)研究生教育創(chuàng)新基地，廣東珠海519041)

昆蟲是地球上種類最為繁多的生物，其抗菌肽的種類和應(yīng)用范圍也遠(yuǎn)多于其他生物產(chǎn)生的抗菌肽。隨著越來越多昆蟲抗菌肽的發(fā)現(xiàn)及對(duì)其深入的研究，昆蟲抗菌肽的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制也被逐一闡明，并廣泛應(yīng)用于畜牧、食品工業(yè)及醫(yī)藥等領(lǐng)域。然而，由于某些限制因素，昆蟲抗菌肽還未應(yīng)用于臨床。為了加快昆蟲抗菌肽在臨床中的應(yīng)用，本文將從昆蟲抗菌肽的結(jié)構(gòu)分類、潛在的醫(yī)學(xué)應(yīng)用以及昆蟲抗菌肽的生產(chǎn)研究現(xiàn)狀等方面作一綜述，以期為昆蟲抗菌肽在抗細(xì)菌、抗病毒、抗腫瘤及抗寄生蟲藥物等方面的醫(yī)用研發(fā)提供文獻(xiàn)支持。

抗菌肽；昆蟲；種類；醫(yī)學(xué)應(yīng)用

自1974年人類首次從惜古比天蠶蛹內(nèi)分離出(Cecropins)以來，抗菌肽研究一直是研究的熱點(diǎn)問題。通過數(shù)十年的探索研究，證實(shí)昆蟲抗菌肽是與機(jī)體免疫系統(tǒng)密切相關(guān)的小分子蛋白質(zhì)，對(duì)細(xì)菌、病毒、腫瘤細(xì)胞和寄生蟲都有一定的抑制作用(苗璐等，2014; Valeetal.，2014)。它是由細(xì)胞中的核糖體合成的一類堿性小分子多肽，有增強(qiáng)機(jī)體固有免疫系統(tǒng)從而提高抑菌活性的能力(Leeetal.，2016)。如今，世界范圍的抗生素濫用以及耐藥細(xì)菌的不斷產(chǎn)生，迫切要求人們找尋能替代傳統(tǒng)抗生素的藥物，而昆蟲抗菌肽因其種類多樣和具有較理想的抑菌效果成為具有巨大潛在應(yīng)用價(jià)值的抗生素替代品(Chowańskietal.，2017 ; Fratinietal.，2017)。目前為止，科研人員對(duì)昆蟲抗菌肽的研究已有較為系統(tǒng)的認(rèn)知。

1 昆蟲抗菌肽的分類

昆蟲屬節(jié)肢動(dòng)物門，是世界上種類最多且分布最廣的生物種群，其數(shù)量約占整個(gè)動(dòng)物界的90%以上。昆蟲機(jī)體在感染性損傷或免疫性刺激后，可誘導(dǎo)脂肪體和其他組織的上皮細(xì)胞快速產(chǎn)生抗菌肽，并將抗菌肽釋放到血淋巴中以抵抗病原生物的入侵(Yietal.，2014)。這些抗菌肽抗菌譜廣，對(duì)多種微生物均表現(xiàn)有抑制作用。昆蟲產(chǎn)生的抗菌肽種類繁多，且每種昆蟲產(chǎn)生的抗菌肽的種類及數(shù)目亦有很大不同，如異色瓢蟲Harmoniaaxyridis可產(chǎn)生50多種抗菌肽(Vilcinskas， 2013)，而豌豆長(zhǎng)管蚜Acythosiphonpisum體內(nèi)卻沒有發(fā)現(xiàn)任何一種抗菌肽(Gerardoetal.，2010)。

大多數(shù)昆蟲抗菌肽是帶有正電荷且具有兩親性的陽離子型多肽，一般由幾十個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，其空間結(jié)構(gòu)為線性或帶有環(huán)狀的結(jié)構(gòu)。昆蟲抗菌肽根據(jù)其結(jié)構(gòu)序列可人為的分為3類，分別為無半胱氨酸殘基的線性a-螺旋肽(天蠶素類)、具有二硫鍵橋的β-折疊結(jié)構(gòu)多肽(防御素類)、富含特定氨基酸殘基如脯氨酸和甘氨酸等的多肽。其中，二級(jí)結(jié)構(gòu)和二硫鍵橋的存在是抗菌肽發(fā)揮功能作用的關(guān)鍵(Pretzeletal.，2013)。由于結(jié)構(gòu)不同，昆蟲抗菌肽的抑菌效果亦不同。有些抗菌肽抑制病菌的范圍較廣，而有些抗菌肽則顯示出對(duì)不同的革蘭陽性菌、革蘭陰性菌、真菌、寄生蟲以及病毒有不同的抑制效果(Ezzatitabrizietal.，2013)。

1.1 天蠶素

以天蠶素為代表的不含半胱氨酸殘基的抗菌肽是第一類昆蟲抗菌肽的主要結(jié)構(gòu)。天蠶素(Cecropin)是人們發(fā)現(xiàn)的第一種昆蟲抗菌肽，由瑞典科學(xué)家Boman等在注射陰溝通桿菌及大腸桿菌誘導(dǎo)惜古比天蠶蛹產(chǎn)生具有抗菌活性的多肽時(shí)發(fā)現(xiàn)。隨后，Boman等在柞蠶、麻蠅和煙草天蛾體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了天蠶素或類似天蠶素的抗菌肽。目前，在鱗翅目和雙翅目昆蟲體內(nèi)已分離出了20多種天蠶素類似物(表1)。通常，天蠶素類抗菌肽含有37-39個(gè)氨基酸殘基，N端區(qū)域具有強(qiáng)堿性，多含一個(gè)色氨酸殘基，可形成近乎完美的雙親螺旋結(jié)構(gòu)；C端區(qū)域可形成疏水螺旋，兩者之間有甘氨酸和脯氨酸形成的鉸鏈區(qū)，多數(shù)多肽的C端被酰胺化，這在其抗菌活性方面發(fā)揮重要作用(Yietal.，2014)，此類抗菌肽對(duì)革蘭陽性菌和革蘭陰性菌的抑菌效果較顯著(P?ppeletal.，2015)，但對(duì)真菌沒有抑菌活性。

1.2 防御素

以防御素、死亡素為代表的富含半胱氨酸殘基的堿性多肽是第二類昆蟲抗菌肽的主要結(jié)構(gòu)，廣泛分布于不同種類的昆蟲。昆蟲防御素是Masturyama于1988年在肉蠅Phormiaterranovae中首次發(fā)現(xiàn)，后來Dimarcq等發(fā)現(xiàn)了果蠅的防御素基因是單拷貝且無內(nèi)含子，據(jù)此推測(cè)昆蟲的防御素是獨(dú)立進(jìn)化而來的。大多數(shù)昆蟲防御素的一級(jí)和二級(jí)結(jié)構(gòu)相似，都是由34-51個(gè)氨基酸組成的陽離子型小分子多肽，其分子結(jié)構(gòu)中都含有6個(gè)保守的半胱氨酸殘基，具有N端loop、單個(gè)α-螺旋和兩個(gè)反向平行的β-片層結(jié)構(gòu)域，構(gòu)成半胱氨酸組成穩(wěn)定的α-β模塊 CS-αβ或α螺旋和β折疊結(jié)構(gòu)，其分子內(nèi)的3對(duì)二硫鍵配對(duì)與其他防御素截然不同，是由分子內(nèi)的二硫鍵橋以Cys1-Cys4、Cys2-Cys5、Cys3-Cys6等連接(Koehbach，2017)。如表2所示，迄今已發(fā)現(xiàn)的昆蟲防御素類抗菌肽來自于6個(gè)目，31種昆蟲 (Schuhmannetal.，2010)，昆蟲防御素與哺乳動(dòng)物防御素的抑菌范圍有所不同，昆蟲防御素多數(shù)只對(duì)革蘭陽性菌具有抑菌作用，如煙芽夜蛾防御素、意大利蜂防御素、天牛防御素和岡比亞按蚊防御素等(Uedaetal.，2005; Seufietal.，2011)。而對(duì)革蘭陰性菌、真菌和真核細(xì)胞具有抑制作用的較少，僅見絲光綠蠅產(chǎn)生的富含半胱氨酸殘基的堿性多肽對(duì)革蘭陰性菌具有抑制作用(P?ppeletal.，2015); 大蠟螟體內(nèi)的Gallerimycin 只對(duì)絲狀真菌具有抑菌活性(Langenetal.，2006)。

表1 天蠶素類抗菌肽

注：G+,革蘭陽性菌;G-,革蘭陰性菌;N/A,無抗菌活性。下表同。G+, Gram-positive bacteria; G-, Gram-negative bacteria; N/A, not available.The same below.

表2 昆蟲防御素類抗菌肽

續(xù)上表

昆蟲種類Insectspecies昆蟲名稱Commonname抗菌肽名稱Peptidename抑菌范圍Activity參考文獻(xiàn)References埃及伊蚊AedesaegyptiDefensinA,B,CG+,G-Lowenbergeretal.,1996黑腹果蠅DrosophilamelanogasterDrosomycinFungiMichautetal.,1996廄螫蠅StomoxyscalcitransSmd1N/ALehaneetal.,1997搖蚊幼蟲ChironomusplumosusDefensinA,BG+Lauthetal.,1998岡比亞按蚊AnophelesgambiaeDefensinG+,G-,fungiViziolietal.,2001黑腹果蠅DrosophilamelanogasterDefensinG+Imler&Bulet,2005絲光綠蠅LuciliasericataLucifensinG+Cerovskyetal.,2010鞘翅目Coleoptera大麥蟲ZophobatratusDefensinB,CG+,G-Buletetal.,1991黃粉蟲TenebriomolitorTenecin-1G+Moonetal.,1994大黑金龜子HolotrichiadiomphaliaHolotricin-1G-Leeetal.,1996雙叉犀金龜AllomyrinadichotomaDefensinG+Miyanoshitaetal.,1996犀角金龜OryctesrhinocerosDefensinG+Ishibashietal.,1999銅綠金龜子AnomalacupreaDefensinA,BG+,G-Yamauchi,2001奢錦天牛AcaloleptaluxuriosaDefensin1G+,G-Uedaetal.,2005三開蜣螂CopristripartitusCoprisinG+,G-,fungiJaesametal.,2009等翅目Isoptera白蟻PseudacanthotermesspinigerTermicinfungiDaetal.,2003膜翅目Hymenoptera意大利蜂ApismelliferaRoyalisinG+Fujiwaraetal.,1990熊峰BombuspascuorumDefensinG+,G-,fungiReesetal.,1997紅蟻FormicarufaDefensinG+Taguchietal.,1998麗蠅蛹集金小蜂NasoniavitripennisNavidefensin2-2G+Gao&Zhu,2010半翅目Hemiptera無翅紅蝽PyrrhocorisapterusDefensinG+,G-Cociancichetal.,1994長(zhǎng)紅錐蝽RhodniusprolixusDefensinA,B,CG+Vieiraetal.,2014

1.3 富含特定氨基酸殘基(如脯氨酸和甘氨酸等)的多肽

第三種結(jié)構(gòu)的昆蟲抗菌肽是富含特定氨基酸的抗菌肽。其分子結(jié)構(gòu)內(nèi)含有多個(gè)特性的脯氨酸或甘氨酸殘基，這些抗菌肽是由15-39個(gè)長(zhǎng)度和功能不同的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，其中一個(gè)是高度保守的結(jié)構(gòu)域，具有抗菌活性; 另一個(gè)結(jié)構(gòu)域有更多的變量，起到特異性靶向的作用(Lietal.，2014)。富含脯氨酸的抗菌肽已在4個(gè)目的昆蟲中發(fā)現(xiàn)(表3)：如從鱗翅目昆蟲粉紋夜蛾中提取的Lebocins; 雙翅目昆蟲果蠅體內(nèi)分離出的Drosocin和Metchnikowin；從膜翅目昆蟲體內(nèi)分離出的Apidaecins、Abaecins和Formaecins以及從半翅目昆蟲體內(nèi)分離出的Pyrrhocoricin和Metalnikowins。富含脯氨酸的抗菌肽可以進(jìn)一步分類為短鏈抗菌肽(由15-20個(gè)氨基酸組成)和長(zhǎng)鏈抗菌肽(超過20個(gè)氨基酸組成)。短鏈抗菌肽對(duì)革蘭陰性菌的抑菌活性較好，而長(zhǎng)鏈抗菌肽對(duì)革蘭陽性菌和真菌的抑菌作用效果較好，這可能與它們和不同的脂多糖結(jié)合能力的強(qiáng)弱或穿透細(xì)菌細(xì)胞膜的能力不同有關(guān)。

目前已發(fā)現(xiàn)的富含甘氨酸的抗菌肽種類較多，在5個(gè)目，12種昆蟲中都有發(fā)現(xiàn)(表4)，如，在鱗翅目昆蟲體內(nèi)分離出的鱗翅肽Attacins和Gloverins; 在雙翅目昆蟲體內(nèi)分離出雙翅肽 Attacins、Sarcotoxin II和Diptericin等; 在鞘翅目昆蟲體內(nèi)分離出的鞘翅肽Coleoptericin、Holotricin 2、Holotricin 3、Tenecin 3和Acaloleptin等; 在膜翅目昆蟲體內(nèi)分離出的膜翅肽Hymenoptaecins; 在半翅目昆蟲體內(nèi)分離出半翅肽Hemiptericin等。這些富含甘氨酸的抗菌肽大多對(duì)革蘭陰性菌有著高度特異的抑菌作用。

表3 富含脯氨酸的抗菌肽

表4 富含甘氨酸的抗菌肽

昆蟲抗菌肽的種類多樣性是與每一種昆蟲在進(jìn)化過程中所面臨的環(huán)境和生存威脅息息相關(guān)的，當(dāng)昆蟲接觸到更多的病原體和更多樣化的病原種類后，產(chǎn)生抗菌肽的種類數(shù)量亦越多(Vilcinskasetal.，2013)。昆蟲抗菌肽的種類繁多也顯示了昆蟲在進(jìn)化過程中對(duì)可塑性基因編碼的增益、損失以及功能的選擇。這種基因編碼新的功能化，使昆蟲可以適應(yīng)新出現(xiàn)的病原體，也能幫助蟲體切換免疫和非免疫之間相關(guān)的功能(Waterhouseetal.，2007)。

2 昆蟲抗菌肽潛在的醫(yī)學(xué)應(yīng)用

因抗菌肽有著不同的作用機(jī)制，包括抑制基因的表達(dá)和蛋白質(zhì)合成、對(duì)細(xì)胞壁合成的抑制作用以及對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞表面負(fù)電荷基團(tuán)的作用(Tonk & Vilcinskas，2017)，使得抗菌肽在醫(yī)療方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值(Lakshmaiahetal.，2015)。一些抗菌肽已經(jīng)證明了可以通過誘導(dǎo)細(xì)胞遷移、細(xì)胞增殖或誘導(dǎo)細(xì)胞因子和趨化因子的釋放來刺激機(jī)體的免疫系統(tǒng)(Kruse and Kristensen，2008)，從而發(fā)揮其抑菌、抗病毒、抑癌及抗炎作用。

2.1 抑菌作用

昆蟲抗菌肽抑菌機(jī)制是抗菌肽的分子在病原菌的細(xì)胞質(zhì)膜上穿孔，形成離子孔道，從而對(duì)細(xì)菌細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)造成破壞，影響細(xì)菌細(xì)胞能量轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝，并損害細(xì)菌的呼吸鏈，進(jìn)而引起胞內(nèi)水溶物的大量滲出，抑制病原菌蛋白質(zhì)和DNA的合成，最終導(dǎo)致病原菌的死亡。隨著對(duì)抗菌肽研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)越來越多的昆蟲抗菌肽可對(duì)人類病原體的增殖起到抑制作用，如黃粉蟲Tenecin-1，大黑金龜子Holotricin-1，斜紋夜蛾Gallerimycin，麻蠅Sapecins，果蠅Drosomycin及蜜蜂Royalisin等，可對(duì)包括耐藥鮑氏不動(dòng)桿菌、凝固芽胞桿菌、大腸桿菌、土拉桿菌、軍團(tuán)菌、普通變形桿菌、金黃色葡萄球菌和嗜血鏈球菌等病原菌產(chǎn)生抑菌活性(Ursicbedoyaetal.，2011; Rajamuthiahetal.，2015; Jayamanietal.，2015)。昆蟲抗菌肽還具有廣譜的抗菌活性，如蜂毒肽Melittin，對(duì)20多種革蘭陰性菌和革蘭陽性菌都有很好的抑菌活性，尤其對(duì)青霉素具有耐藥性的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌具有非常顯著的抑制作用(Dosleretal.， 2016); Lee等(1995)從鞘翅目昆蟲東北大黑鰓金龜Holotrichiadioraphalia幼蟲血淋巴中提取出的抗菌肽Holotricin 3，對(duì)白色假絲酵母菌C.albicans具有良好的抑菌活性；而由刺肩蝽產(chǎn)生的Thanatin，不僅具有廣譜的抗菌活性，且抑菌效果良好，在給藥濃度8 μg/mL時(shí)就可對(duì)革蘭陰性菌、革蘭陽性菌、絲狀真菌和酵母等起抑制作用，且不具有溶血活性并對(duì)真核生物細(xì)胞無毒害作用(Maetal.，2016)。進(jìn)一步探究這些昆蟲抗菌肽的作用機(jī)理，無疑為抗生素耐藥性這一難題的解決提供了新的方案。

2.2 抗病毒作用

昆蟲抗菌肽不僅對(duì)細(xì)菌的抑菌作用效果顯著，對(duì)某些人類易感染的病毒也可起到抑制作用。研究表明，昆蟲抗菌肽可通過直接與病毒粒子相結(jié)合、抑制病毒的繁殖，從而起到抗病毒的作用，如蜂毒肽Melittin可抑制人免疫缺陷病毒 (HIV)基因的表達(dá)，從而降低病毒基因轉(zhuǎn)錄水平，減少病毒在細(xì)胞內(nèi)的增殖和進(jìn)一步感染，達(dá)到抵御病毒在體內(nèi)擴(kuò)散的效果；蜂毒肽Melittin也可作用于單純皰疹病毒的衍生病毒HSV-1，對(duì)HSV-1病毒的吸附、合成和釋放均有明顯的抑制作用; 此外，蜂毒肽還能干擾煙草花葉病毒(obacco mosaic virus)的病毒粒子組合而使病毒顆粒無法正常組裝，達(dá)到抗病毒的效果(Raghuraman，2007); 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)從紅頭麗蠅Calliphoravicina中分離出的抗菌肽Alloferon1可與流感病毒A和B的血凝素蛋白進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，從而干擾病毒正常代謝，阻止病毒吸附于正常細(xì)胞，進(jìn)而抑制流感病毒A和B的活性，降低感染流感病毒A和B小鼠的死亡率(Chernysh & Bulet，2002). 這些抗病毒實(shí)驗(yàn)表明，昆蟲抗菌肽可為一些病毒傳染病防治藥物的研發(fā)提供更為理想的導(dǎo)向和素材。

2.3 抗寄生蟲作用

初步研究表明，昆蟲抗菌肽可殺滅一些引起人類寄生蟲病的寄生蟲，如瘧疾、絲蟲、錐蟲等(Bell， 2011; Pretzeletal.，2013)。其作用機(jī)制為抗菌肽分子的親水端吸附于細(xì)胞膜的表面后，疏水端再插入脂膜中而形成通道，導(dǎo)致胞內(nèi)容物外泄，使得細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器發(fā)生變化(線粒體發(fā)生解偶聯(lián)，微管、微絲發(fā)生收縮等)，從而達(dá)到干擾寄生蟲正常代謝的作用(Yietal.，2014)。天蠶素和防御素已被證實(shí)可有效對(duì)抗寄生蟲(Fiecketal.， 2010)。另外，也可通過昆蟲抗菌肽轉(zhuǎn)基因載體表達(dá)來達(dá)到殺滅寄生蟲和阻斷寄生蟲傳播的目的，如，岡比亞按蚊作為一種人類瘧疾寄生蟲的載體，通過對(duì)其體內(nèi)的抗菌肽Cecropin-A進(jìn)行轉(zhuǎn)基因表達(dá)，可降低瘧原蟲卵囊數(shù)(Kimetal.，2004)；而埃及伊蚊體內(nèi)的抗菌肽Cecropin-A和防御素Defensin-A成功進(jìn)行轉(zhuǎn)基因表達(dá)后則可阻斷瘧原蟲的傳播(Kokozaetal.，2010)。

2.4 抑癌作用

近年來，關(guān)于昆蟲抗菌肽對(duì)腫瘤細(xì)胞影響的研究有諸多報(bào)道，研究發(fā)現(xiàn)超過55%的昆蟲抗菌肽具有抑癌作用。關(guān)于抗菌肽抑制腫瘤細(xì)胞的作用機(jī)制目前尚不清楚，但一些研究表明，其作用機(jī)制可能與“溶膜”和“非溶膜”相關(guān)?？咕目芍苯咏Y(jié)合細(xì)胞膜磷脂(如磷脂酰肌醇4，5 -二磷酸)通過誘導(dǎo)細(xì)胞膜的通透性來溶解腫瘤細(xì)胞(Hoskin & Ramamoorthy， 2008; Ikhetal.，2014)。溶膜活性可引起癌細(xì)胞內(nèi)線粒體的通透性和腫脹、細(xì)胞色素C的釋放以及細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)?？咕牡倪@種溶膜活性的強(qiáng)弱與其固有特性以及目標(biāo)膜的凈負(fù)電荷等性能密切相關(guān)。盡管抗菌肽迅速殺死癌細(xì)胞可能表明了非受體介導(dǎo)的作用方式，但一些非溶膜活性的研究也闡述一些機(jī)制，如抗菌肽可抑制與腫瘤生長(zhǎng)密切相關(guān)的血管生成，抗菌肽能阻斷血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的受體功能，從而干擾腫瘤內(nèi)血管的形成進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞的分裂增殖(Leeetal.，2011; Roscaetal.，2011)。源自異色瓢蟲體內(nèi)的抗菌肽HaA4，可誘導(dǎo)人白血病細(xì)胞株U937和Jurkat等細(xì)胞的凋亡(Kimetal.，2013); Lee等(2015)從蜣螂體內(nèi)分離出了抗菌肽Coprisin，它的分型Copa3也具有抗白血病癌細(xì)胞的活性，也可通過與磷脂酰絲氨酸相互作用而抑制胃癌細(xì)胞增殖; Wu等(2015)研究發(fā)現(xiàn)，家蠶分離出的抗菌肽Cecropinxj可在體外通過增加活性氧(ROS)的產(chǎn)生、破壞線粒體的膜電位以及釋放細(xì)胞色素C來抑制胃癌BGC823細(xì)胞的生長(zhǎng)，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究也表明，Cecropinxj可通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和抑制血管生成來顯著抑制移植瘤在BGC823裸鼠體內(nèi)的生長(zhǎng); Azevedo 等(2014)研究表明，蜂毒肽可誘導(dǎo)肥大細(xì)胞釋放組胺，引發(fā)線粒體進(jìn)行有效的通透性轉(zhuǎn)換以達(dá)到對(duì)小鼠黑色素瘤細(xì)胞的抑制作用; 邢佳欣等(2017)研究發(fā)現(xiàn)，從家蠅體內(nèi)粗提的抗菌肽可通過增加人肝癌HepG2細(xì)胞內(nèi)鈣離子的濃度，使肝癌細(xì)胞內(nèi)線粒體的膜電位降低,進(jìn)而誘導(dǎo)人肝癌HepG2細(xì)胞發(fā)生凋亡。

昆蟲抗菌肽能選擇性地抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，對(duì)人體正常細(xì)胞無致畸作用，也無蓄積毒性，是研發(fā)新型抗癌藥巨大的潛在資源，是臨床常用的腫瘤化療藥物不可比擬的。因此，昆蟲抗菌肽可為新型腫瘤藥的研發(fā)制備提供新的方向，并有可能成為人類攻克腫瘤疾病的一把利劍。

2.5 抗炎作用

昆蟲抗菌肽不僅具有抑菌、抑癌及抗病毒作用，研究表明，其還具有抗炎作用。如，蜂毒肽Melittin，其抗炎活性約是同等計(jì)量的氫化可的松的100倍，是迄今為止人類已發(fā)現(xiàn)的抗炎活性最強(qiáng)的物質(zhì)之一，它具有類激素樣的作用，卻無激素的毒副作用(Raghuraman， 2007); 從絲光綠蠅中提取的抗菌肽添加到傷口的水凝膠敷料和繃帶中可有效抑制皮膚傷口病原菌的產(chǎn)生(P?ppeletal.，2015)；大蠟螟衍生的IMPI也已應(yīng)用于治療慢性傷口感染的研究(Rahnamaeian & Vilcinskas，2015)。另外，昆蟲源抗菌肽藥物正在探索應(yīng)用于抑制器官的感染研究，如大蠟螟抗菌肽可作用于嗜肺軍團(tuán)菌(Martaetal.，2012)；柞蠶抗菌肽D可對(duì)消化道常見的致病菌，如傷寒、副傷寒沙門菌、小腸結(jié)腸炎耶爾森菌、腸炎沙門氏菌等均有很好抑菌活性，可抑制消化道病原菌的快速增殖。研究發(fā)現(xiàn)，柞蠶抗菌肽D在給藥濃度為0.2-4.4 μmol/L時(shí)即可殺死消化道病原菌且對(duì)正常消化道上皮細(xì)胞無毒害損傷作用，因而成為可應(yīng)用于治療消化道疾病的理想藥物(Daietal.，2008)。此外，不同的抗菌肽之間還能相輔相成，通過相互作用達(dá)到協(xié)同增效的目的，進(jìn)而能更好的為人類利用(Moghaddametal.，2016)，如，蠅蛆分離出的抗菌肽以及大蠟螟產(chǎn)生的防御素，對(duì)肺部所感染病原體都有很好的抑制作用，通過霧吸療法將可吸入微粒與這兩種抗菌肽共同傳遞到肺部，可達(dá)到藥物協(xié)同作用，減少呼吸系統(tǒng)疾病在治療方法中的局限性(Palusińskaszyszetal.， 2012; P?ppeletal.，2015)。

3 昆蟲抗菌肽的生產(chǎn)研究現(xiàn)狀

昆蟲抗菌肽具有分子量小、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、水溶性好、耐堿性強(qiáng)、無免疫原性及廣譜抗菌，且對(duì)病毒、寄生蟲及癌細(xì)胞具有良好的抑制作用，成為抗生素替代品的最佳選擇(Yietal.， 2014; Lakshmaiah & Chen，2015)；在畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品添加劑等領(lǐng)域，也具有巨大研發(fā)價(jià)值和市場(chǎng)潛力(Yi，2014; Jozefiak & Engberg，2017)。

昆蟲來源的抗菌肽提取較難，化學(xué)合成和基因工程技術(shù)便成為獲取抗菌肽的主要手段。分子量較小的昆蟲抗菌肽，采用化學(xué)合成方法較好，所獲得的人工抗菌肽純度高，且與天然昆蟲抗菌肽的結(jié)構(gòu)和功能幾近一致，因此，化學(xué)合成抗菌肽已成為研究小分子量昆蟲抗菌肽結(jié)構(gòu)和快速獲得昆蟲抗菌肽的重要手段。但由于許多抗菌肽的結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)鏈且包含二硫鍵橋，導(dǎo)致化學(xué)合成的成本過高，不足以達(dá)到規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)而限制了抗菌肽的大量生產(chǎn)及廣泛應(yīng)用(彭博等，2012);分子量較大的昆蟲抗菌肽，特別是那些由二硫鍵穩(wěn)定的具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的復(fù)合物，我們需要高效的異源表達(dá)系統(tǒng)，雖然近年來研發(fā)出的解決方案具有一定量的突破性，但仍遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)藥物的制造成本(Mülleretal.，2014)。如采用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗菌肽基因工程菌株。主要應(yīng)用大腸桿菌的原核表達(dá)系統(tǒng)和畢赤酵母等真核表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行抗菌肽的表達(dá)制備研究(金小寶等 ，2010；Wuetal.，2014)，但是在微生物體內(nèi)直接表達(dá)抗菌肽基因，可能引起宿主死亡而不能獲取抗菌肽，而不同種類的昆蟲抗菌肽對(duì)宿主蛋白酶的敏感性有顯著的差異。一般來說，在體內(nèi)，線性抗菌肽比分子內(nèi)由二硫鍵穩(wěn)定結(jié)構(gòu)組成的抗菌肽(如防御素)易降解(Wilmes & Sahl，2014)，而后者的抗菌活性阻礙了它們?cè)诩?xì)菌中的異源產(chǎn)生，且用于表達(dá)抗菌肽基因的微生物通常是原核生物，缺乏完備的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制及合成折疊功能肽的能力。加之，基因工程表達(dá)昆蟲抗菌肽表達(dá)量較低、抗菌活性不理想，這些均導(dǎo)致基因工程抗菌肽不能大規(guī)模生產(chǎn)。然而近期研究發(fā)現(xiàn)，利用先進(jìn)的昆蟲細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)則可在一定程度上克服這些限制條件(Kollewe & Vilcinskas，2013；Druzinecetal.，2013；Mülleretal.，2014)，設(shè)計(jì)出功能類似物或比宿主蛋白酶更耐水解的抗菌肽(Bertholdetal.，2013)。所以我們相信，基因工程技術(shù)在未來勢(shì)必會(huì)成為昆蟲抗菌肽生產(chǎn)研發(fā)的重要手段。

與傳統(tǒng)抗生素相比，目前所生產(chǎn)的昆蟲抗菌肽的抑菌活性還未達(dá)到理想效果，改造已有的抗菌肽并設(shè)計(jì)出新型抗菌肽分子是制造高活性抗菌肽的有效方法(楊平等 ，2016)，也可有效應(yīng)用抗菌肽之間以及抗菌肽與抗生素之間存在的協(xié)同作用來增強(qiáng)抑菌活性，如，Lee 等(2012)將天蠶素Attacin與大麥蟲抗菌肽Coleoptericin聯(lián)合使用，顯示對(duì)大腸桿菌、水稻細(xì)菌性谷枯病菌和枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的抗菌活性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)使用的效果；Park等(2006)根據(jù)從天蠶體內(nèi)分離出的Cecropin A而設(shè)計(jì)出的多肽P5與氯霉素聯(lián)合使用，可明顯提高對(duì)金黃色葡萄球菌和普通變形桿菌的抑菌活性。為了為昆蟲抗菌肽分子的設(shè)計(jì)和改造提供足夠的文獻(xiàn)支持及理論依據(jù)，今后應(yīng)深入研究昆蟲抗菌肽的結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系以及作用機(jī)理。

4 小結(jié)與展望

隨著越來越多的昆蟲源抗菌肽被發(fā)現(xiàn)，人們發(fā)現(xiàn)昆蟲抗菌肽不僅能夠參與機(jī)體防御病原菌，還可有效抑制病原體增殖、抗感染、中和內(nèi)毒素以及調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)(Yi，2014)。但由于昆蟲抗菌肽天然提取難度較大，化學(xué)合成成本過高、分離純化抗菌肽活性欠佳等原因。到目前為止，對(duì)昆蟲源性抗菌肽的研究仍停留在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和臨床前期觀察階段，還未出現(xiàn)關(guān)于昆蟲抗菌肽的藥品。但由于昆蟲抗菌肽具有抗菌譜廣、種類多、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、水溶性好以及無致畸性、無蓄積毒性等特點(diǎn)(Tonk & Vilcinskas，2017)，若能進(jìn)一步深入研究昆蟲抗菌肽的作用機(jī)理，并在保證其生物活性的前提下大幅度的降低生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商品化生產(chǎn)，屆時(shí)昆蟲抗菌肽將作為現(xiàn)有抗生素的最佳有效替代品而被開發(fā)成為新型抗菌、抗病毒及抗腫瘤藥物，為疾病的治療提供更加有效且無毒副作用的藥物，繼而為人類的健康保駕護(hù)航。

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Classificationofinsectantimicrobialpeptidesanditsapplicationsinmedicine

WANG Long，F(xiàn)ENG Qun，GAO Jia-Min，SUN Li-Na，YU Yun-Yun，XIA Qiang*

(Zhuhai Campus of Zunyi Medical University/ Graduate Student Education Innovation Base of Immunology in Guizhou, Zhuhai 519041, Guangdong Province, China)

Insects are the most diverse biological species on earth, and insect antimicrobial peptides also exhibited more biological activities than those produced by other organisms. Furthermore, the structure, and its effects and mechanisms were gradually elucidated with the increasing research on antibacterial peptides. Recently, they were widely used in the field of animal husbandry, food industry and medicine. However, insect antibacterial peptides were not applied to the patients till now. In order to progress the application of insect antibacterial peptides in clinical application, this manuscript reviewed the structure, the classification, its potential medical applications and the production of insect antibacterial peptides. We hope it could provide the theoretical support for the research and development of insect antibacterial peptides used for antibacterial, antiviral, antitumor and antiparasitic drugs.

Antimicrobial peptides；insect；classification；medical applications

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R93;S476

A

1674-0858(2017)06-1387-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31260528)；貴州省教育廳創(chuàng)新群體重大研究項(xiàng)目(黔教合KY字[2016]037)；廣東省醫(yī)學(xué)科研基金(A2012621)；貴州省科學(xué)技術(shù)基金(黔科合J字[2009]2295號(hào))

王龍，男，1988年生，安徽亳州人，碩士研究生，研究方向?yàn)樯锩庖邔W(xué)；E-mail: 414110094@qq.com

*通訊作者Author for correspondence, E-mail: xiaqiang1973@126.com

Received: 2017-09-21; 接受日期Accepted: 2017-10-20