抗真菌肽的研究與應(yīng)用前景

張心苑

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江省哈爾濱市150030）

真菌感染是常見(jiàn)的一種疾病。侵略性較強(qiáng)的真菌感染會(huì)降低老人、早產(chǎn)兒、移植器官患者等人群的抵抗力，使其發(fā)病率和死亡率提高。近年來(lái)，抗真菌耐藥性現(xiàn)象的出現(xiàn)以及真菌感染率的增加，使得原有抗生素不再具有殺死致病微生物的能力。國(guó)內(nèi)外對(duì)于抗生素的使用也愈加規(guī)范嚴(yán)格，對(duì)抗生素使用的監(jiān)管勢(shì)在必行，尋找一種更為安全、高效的抗性藥物也成為了我們的燃眉之急。多肽通過(guò)高通量篩選，以及根據(jù)合理的方法進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化，已經(jīng)成為替代抗菌劑的良好候選。

1 抗真菌肽的來(lái)源及分類(lèi)

1980年 ，瑞典科學(xué)家Boman等人從被誘導(dǎo)天蠶蛹淋巴液的實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)抗菌肽。最初只發(fā)現(xiàn)了其抗細(xì)菌功能，所以被命名為抗菌肽。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)抗菌肽不僅僅對(duì)于細(xì)菌起作用，還具有抗細(xì)菌、抗真菌、抗癌、抗蟲(chóng)、抗病毒以及免疫調(diào)節(jié)的生物學(xué)功能。目前科研人員已經(jīng)從自然界中發(fā)現(xiàn)多種天然抗真菌肽，除了從自然界中提取天然抗真菌肽之外，也可以進(jìn)行人工合成。抗真菌肽可以從以下幾方面獲得：

1.1 動(dòng)物

大多數(shù)抗真菌肽被認(rèn)為是無(wú)脊椎動(dòng)物和有脊椎動(dòng)物先天免疫系統(tǒng)的組成成分。一些抗真菌肽在不同有機(jī)體上展現(xiàn)了相同的序列。人們不僅僅從昆蟲(chóng)中第一次發(fā)現(xiàn)抗真菌肽，同時(shí)昆蟲(chóng)也是眾多天然抗真菌肽的來(lái)源。在蜘蛛以及海生無(wú)脊椎動(dòng)物中富含大量的抗真菌肽。來(lái)源于哺乳類(lèi)脊椎動(dòng)物的抗真菌肽主要由上皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞產(chǎn)生，除了殺菌的功能外，還具有免疫調(diào)節(jié)功能的特點(diǎn)，一些分子可以和趨化作用的巨噬細(xì)胞一并調(diào)節(jié)促炎反應(yīng)。在非哺乳動(dòng)物（如：爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物和魚(yú)）中也有少部分展示了抗真菌活動(dòng)。

1.2 植物

植物被認(rèn)為是在地球上最大的活性化合物來(lái)源。在應(yīng)答從真菌病原體、植物表達(dá)以及基本和誘發(fā)型的感染等源源不斷產(chǎn)生的威脅，來(lái)源于植物的抗真菌肽根據(jù)其序列的相似性、第三結(jié)構(gòu)以及半胱氨酸的基序又被區(qū)分為不同組別。大多數(shù)抗真菌肽被劃分為defensin，呈現(xiàn)出CSα或CSβ結(jié)構(gòu)。

1.3 微生物

在微生物中也有少數(shù)抗真菌肽被發(fā)現(xiàn)，這些抗真菌肽往往只有一種，沒(méi)有同系物。還有一些在人體中的微生物也可以產(chǎn)生抗真菌肽。

由于研究的出發(fā)點(diǎn)不同，抗真菌肽也就有不同的分類(lèi)情況。根據(jù)來(lái)源不同，可以分為動(dòng)物抗真菌肽、植物抗真菌肽、微生物抗真菌肽等；根據(jù)組成成分可以分為富含半肽氨酸殘基、富含脯氨酸殘基、富含甘氨酸殘基的抗真菌肽等；根據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為：α-螺旋肽、β-折疊肽、無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)肽等。

2 抗真菌肽結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

自然界中存在著多種抗真菌肽，由于來(lái)源不同、功能不同，因此在結(jié)構(gòu)方面上也會(huì)存在差異，但它們?cè)谝患?jí)結(jié)構(gòu)中具有一些共同之處：如抗真菌肽通常是由12-100個(gè)氨基酸殘基組成，分子質(zhì)量較小等?？拐婢牡陌被峤M成及二級(jí)結(jié)構(gòu)上主要分為α-螺旋、β-折疊和一些無(wú)規(guī)則的結(jié)構(gòu)。由于大多數(shù)抗真菌肽都存在著α-螺旋的結(jié)構(gòu)，因此十分穩(wěn)定，在哺乳動(dòng)物體內(nèi)也幾乎不會(huì)出現(xiàn)pH值以及溫度大幅度波動(dòng)的極端情況，部分抗真菌肽可以抗酶解，直接影響到用藥問(wèn)題，對(duì)于其安全性也有一定的保證。β-折疊大部分屬于防御素類(lèi)別，根據(jù)現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)，這種肽類(lèi)物質(zhì)普遍存在高等動(dòng)物體內(nèi)，具有廣譜的殺菌效果，可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)療當(dāng)中。無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗真菌肽比重較小，由于組成的氨基酸序列特別，形成了沒(méi)有規(guī)律可循的結(jié)構(gòu)，它們主要富含Trp、Pro和 Cys。

3 抗真菌肽的理化性質(zhì)

結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)讓抗真菌肽也具有了特殊的理化性質(zhì)：陽(yáng)離子性、兩親性（即親水性和親脂性）、疏水性等。具有大量陽(yáng)離子的活極性氨基酸存在于N端，呈陽(yáng)離子性，這一點(diǎn)與抗真菌肽對(duì)于溶解細(xì)胞膜的機(jī)理息息相關(guān)。兩親性是大多數(shù)抗真菌肽擁有的結(jié)構(gòu)，和陽(yáng)離子性同樣對(duì)于膜溶解起到了重要的作用。疏水性殘基是由C端部分氨基酸的酰基化形成的，這是抗真菌肽進(jìn)行細(xì)胞選擇的重要原因之一。

4 抗真菌肽的作用機(jī)理

隨著抗真菌肽數(shù)量的不斷增多，針對(duì)其作用機(jī)理展開(kāi)研究，有利于抗真菌肽的前景發(fā)展。

4.1 對(duì)真菌細(xì)胞壁的作用

真菌的細(xì)胞壁是細(xì)胞的第一道屏障，可以有效的抵抗外部環(huán)境的影響，起到調(diào)節(jié)滲透壓的作用。在真菌細(xì)胞壁的合成蛋白質(zhì)基質(zhì)的過(guò)程中插入抗真菌肽，可以抑制合成，導(dǎo)致細(xì)胞壁不能維持正常的細(xì)胞形態(tài)、調(diào)節(jié)滲透壓的能力降低，變得異常脆弱。在外部條件影響下，真菌細(xì)胞壁容易破損，真菌隨之裂解。

4.2 對(duì)真菌細(xì)胞膜的作用

作用于真菌細(xì)胞膜的抗真菌肽主要發(fā)揮破壞作用，由于這種作用不具有特定的針對(duì)性，因此在醫(yī)學(xué)界被廣泛認(rèn)可。目前關(guān)于作用機(jī)制有兩種假說(shuō)分別是：孔道模型（barrel-stave）和毯式模型（carpet）?，F(xiàn)普遍認(rèn)為，對(duì)真菌細(xì)胞膜作用的抗真菌肽與其特有的兩親性α-螺旋結(jié)構(gòu)以及陽(yáng)離子性息息相關(guān)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)減少電荷數(shù)量不一定會(huì)減少抗菌活性；陽(yáng)離子性過(guò)高會(huì)破壞抗真菌肽的兩親性，會(huì)降低抗菌活性。

4.3 對(duì)真菌細(xì)胞內(nèi)部的作用

一些抗真菌肽可以作用于細(xì)胞中提供能量的細(xì)胞器——線(xiàn)粒體，線(xiàn)粒體遭到破壞會(huì)直接導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。一部分抗真菌肽具有更強(qiáng)的抗菌活性，其作用位置不再是細(xì)胞膜或者細(xì)胞器，而是針對(duì)遺傳物質(zhì)——核酸。這類(lèi)抗真菌肽能能導(dǎo)致遺傳物質(zhì)不完整，破壞真菌細(xì)胞。

5 抗真菌肽前景應(yīng)用

抗真菌肽的抗病機(jī)制與抗生素大相徑庭，它在活性、安全性、穩(wěn)定性方面都有大幅度的提高，獨(dú)特的殺菌機(jī)制受到了青睞，可以作為人類(lèi)以及動(dòng)物真菌病的有效預(yù)防和治療藥物。利用抗真菌肽可以增加抵抗能力，減少真菌感染的幾率，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、畜牧、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。近年來(lái)，抗真菌肽在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用已經(jīng)取得了滿(mǎn)意的成果及重大成就，部分抗真菌肽已經(jīng)完成試驗(yàn)，一系列新型藥物已經(jīng)投入使用。

和傳統(tǒng)的飼料添加劑相比，抗真菌肽不受季節(jié)和氣候等環(huán)境的影響，具有見(jiàn)效快、無(wú)殘留、無(wú)危脅等特點(diǎn)，在動(dòng)物飼料中適量添加抗真菌肽，可以促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)激素的合成、縮短生長(zhǎng)周期、提高機(jī)體免疫力、增加存活率，提高飼料利用率，還能有效防止飼料保存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)的發(fā)霉變質(zhì)問(wèn)題。

自然界中提取高純度的抗真菌肽難度較大、合成成本較為昂貴，抗真菌肽具有分子小、容易被酶解、易出現(xiàn)溶血現(xiàn)象等特性給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了一定的難度，提高抗真菌肽生產(chǎn)效率，降低成本的問(wèn)題也有待解決。隨著抗真菌肽研究的不斷深入，我們有理由相信隨著技術(shù)的改進(jìn)，上述問(wèn)題將得以解決，更多的抗真菌肽類(lèi)藥物將會(huì)進(jìn)入到醫(yī)療方面，抗真菌肽會(huì)擁有更為廣闊的應(yīng)用前景。