抗微生物肽在感染性疾病中的研究進(jìn)展

（昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 泌尿外科，云南 昆明 650032）

感染性疾病造成了巨大的醫(yī)療負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重威脅人類生命健康?？股氐陌l(fā)現(xiàn)是人類抗擊感染最重要的武器，然而，由于抗生素的濫用，導(dǎo)致病原微生物的耐藥性不斷增強(qiáng)，甚至出現(xiàn)了多重耐藥細(xì)菌。除了威脅不減的細(xì)菌以外，各種真菌、病毒等所致的感染也帶來(lái)了巨大災(zāi)難。面對(duì)如此嚴(yán)峻的形勢(shì)，除了合理規(guī)范地應(yīng)用抗感染藥物，在傳統(tǒng)藥物基礎(chǔ)上改良或者研究新興抗感染分子也是一個(gè)重要的方向，如以多粘菌素為代表的抗微生物肽。

1 抗微生物肽簡(jiǎn)介

抗微生物肽也稱抗菌肽或者宿主防御性多肽，是一種陽(yáng)離子多肽，廣泛存在于自然界幾乎所有生物中，作為天然免疫中一種抵御有害微生物入侵的分子，對(duì)細(xì)菌、真菌、寄生蟲或病毒等都有生物學(xué)活性。截至目前，已鑒定出超過300種抗微生物肽，一般由10～50個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，包括α-螺旋、β-片層、環(huán)狀及延伸等結(jié)構(gòu)。除了對(duì)多種病原微生物的活性，抗微生物肽還具有募集免疫細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞增殖及傷口愈合，調(diào)節(jié)基因表達(dá)等免疫調(diào)節(jié)的功能，作為新型藥物候選分子，已經(jīng)成為了針對(duì)感染性疾病治療的研究熱點(diǎn)。

2 抗微生物肽的抗菌作用

2.1 作用機(jī)制

大多數(shù)抗微生物肽抗菌活性機(jī)制主要是膜攻擊，由于其本身帶正電荷，具有親水、疏水兩親性結(jié)構(gòu)，保證了多肽能夠特異性遷移結(jié)合靶標(biāo)并聚集。細(xì)菌細(xì)胞壁由于含有脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）、磷壁酸等結(jié)構(gòu)，往往帶負(fù)電荷，促進(jìn)與抗微生物肽的相互作用。在穿過細(xì)胞壁與細(xì)胞膜接觸后，低濃度條件下，抗微生物肽結(jié)合到膜表面平行成層狀，隨著濃度不斷升高，與脂質(zhì)成一定比例時(shí)，則改變方向，與細(xì)胞膜垂直并插入其中。不同特性的肽形成不同結(jié)構(gòu)機(jī)制的孔道，經(jīng)典的模型包括桶板模型、地毯模型和環(huán)形孔道模型?？椎佬纬善茐牧思?xì)胞膜，細(xì)胞內(nèi)容物滲漏，跨膜電勢(shì)及酸堿失衡，滲透調(diào)節(jié)及呼吸抑制，最終造成細(xì)胞溶解。除了膜攻擊外，一些抗微生物肽能夠抑制細(xì)菌核酸及蛋白質(zhì)合成，干擾DNA修復(fù)，通過募集如磷脂酰甘油和雙磷脂酰甘油等陰離子脂質(zhì)，干擾細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及膜蛋白功能，重排細(xì)胞膜脂質(zhì)從而抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。

2.2 細(xì)菌來(lái)源的抗微生物肽

來(lái)源于多粘桿菌的多粘菌素家族包括多粘菌素B、多粘菌素E等，雖然相關(guān)腎毒性限制了其應(yīng)用，但是由于對(duì)多重耐藥細(xì)菌有良好效果，近年來(lái)又開始受到重視[1]。尼生素又稱乳酸鏈球菌肽，最早從乳酸鏈球菌中獲得，對(duì)多種致病菌及腐敗菌具有抑制作用，也是唯一獲得批準(zhǔn)廣泛用作食品添加劑的活性肽，其直接殺傷多種細(xì)菌的作用也使其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域被進(jìn)一步研究[2]。

2.3 植物來(lái)源的抗微生物肽

硫堇蛋白是第一個(gè)從小麥胚乳中分離出來(lái)的植物抗微生物肽，此后從不同的植物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了多種硫堇蛋白類物質(zhì)，能夠?qū)苟喾N細(xì)菌、真菌。脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白也是植物來(lái)源的重要的抗微生物肽，具有抗細(xì)菌及促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的作用[3]。環(huán)肽類具有抗菌、殺蟲等活性，同時(shí)也具有溶血及細(xì)胞毒性，閉合的半胱氨酸結(jié)構(gòu)被認(rèn)為對(duì)化學(xué)物質(zhì)、溫度及酶類降解具有耐受性，可用于蛋白質(zhì)工程及藥物設(shè)計(jì)[4]。

2.4 非哺乳動(dòng)物來(lái)源的抗微生物肽

抗微生物肽對(duì)于沒有復(fù)雜免疫系統(tǒng)的低等動(dòng)物有著重要的作用。來(lái)源于鱟類的不同亞型的鱟肽素，對(duì)細(xì)菌有一定活性[5]。歐洲蜜蜂毒液中分離出的蜂毒肽除了對(duì)革蘭陰性細(xì)菌有較強(qiáng)活性外，還有致痛等生物學(xué)功能[6]。魚類來(lái)源的抗微生物肽可以分為抗菌肽、防御素、鐵調(diào)素和魚腥草素Piscidins等，作為抵御外界侵襲的重要物質(zhì)，能夠殺滅多種耐藥病原微生物[7]。兩棲類動(dòng)物生存環(huán)境復(fù)雜，皮膚是抵御感染的第一道屏障，分泌物中各類抗微生物肽是其天然免疫中的重要組成部分。從鈴蟾中鑒定出的Bombinins和Bombinins H兩大家族對(duì)細(xì)菌有很強(qiáng)的對(duì)抗作用[8]。從眼鏡王蛇中分離出來(lái)的抗菌肽OH-CATH30對(duì)包括耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的多種細(xì)菌有抑制作用，同時(shí)在動(dòng)物身上也有對(duì)抗感染的作用[9]。

2.5 哺乳動(dòng)物來(lái)源的抗微生物肽

哺乳動(dòng)物來(lái)源的抗微生物肽主要分為抗菌肽和防御素兩個(gè)家族?？咕氖且活惁?螺旋結(jié)構(gòu)的陽(yáng)離子兩親性抗微生物肽，在人類及其他哺乳動(dòng)物體內(nèi)均有表達(dá)，有廣泛的抗菌活性。人源性陽(yáng)離子抗菌蛋白-18是人體唯一表達(dá)的抗菌肽，除了能通過形成孔道破壞細(xì)胞膜抗菌外，還有趨化作用能夠富集白細(xì)胞促進(jìn)細(xì)胞因子分泌，此外，人源性陽(yáng)離子抗菌蛋白-18還能使大腸埃希菌氧化障礙，給此類抗微生物肽抗菌機(jī)制的研究提供了新的方向。防御素主要分為α-防御素、β-防御素和θ-防御素亞家族。人中性粒細(xì)胞肽-44、人防御素-5、人防御素-6及人中性粒細(xì)胞肽-1具有廣泛抗菌活性，通過二聚體寡聚化形成跨膜孔道最終造成細(xì)胞內(nèi)容物的滲漏[10]。人防御素-5能夠?qū)箤?duì)小腸黏膜有很高毒性的艱難梭菌，人防御素-6則對(duì)腸道共生厭氧菌有明顯活性[11-12]。β-防御素能通過呼吸道、胃腸道及泌尿生殖道的非顆粒黏膜上皮細(xì)胞分泌，是哺乳動(dòng)物天然免疫中的重要分子，有較強(qiáng)的抑制菌活性[13]。θ-防御素是第一個(gè)在動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)的環(huán)狀抗微生物肽，其環(huán)狀結(jié)構(gòu)與抗菌活性有密切關(guān)系[14]。

3 抗微生物肽的抗結(jié)核作用

人類的結(jié)核疾病是由各型結(jié)核桿菌造成的特異性感染，盡管有成熟的治療藥物和方案，但結(jié)核病發(fā)病率仍居高不下，而且耐藥結(jié)核桿菌也在不斷增多。由于現(xiàn)有抗結(jié)核藥物治療周期較長(zhǎng)，治療的不規(guī)范甚至過度治療，無(wú)形中也使耐藥性問題更加凸顯。目前，對(duì)異煙肼、利福平甚至二線抗結(jié)核藥物阿米卡星等耐藥的超廣譜耐藥結(jié)核桿菌已經(jīng)出現(xiàn)。結(jié)核桿菌能夠侵襲并定植于宿主巨噬細(xì)胞，通過逃避宿主免疫，造成潛伏感染，當(dāng)機(jī)體免疫力下降時(shí)可以再次致病。因此，具有殺菌、免疫調(diào)節(jié)等多種功能的抗微生物肽，已成為了治療結(jié)核疾病的一個(gè)新的研究方向。

3.1 抗微生物肽次的抗結(jié)核機(jī)制

結(jié)核桿菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由肽聚糖、阿拉伯半乳聚糖及分枝菌酸形成復(fù)合物，再與其他蛋白及多糖聚合，組成了對(duì)抗菌藥物良好的屏障。與傳統(tǒng)藥物不同，抗微生物肽對(duì)結(jié)核桿菌具有強(qiáng)大的膜攻擊能力，也能與細(xì)胞壁表面蛋白相互作用干擾離子交換，打破細(xì)胞內(nèi)酸堿平衡穩(wěn)態(tài)，增加細(xì)胞膜通透性，直接抑制結(jié)核桿菌生長(zhǎng)或者作為增強(qiáng)其他抗菌藥物作用的佐劑?？刮⑸镫倪€能通過作用于核酸及蛋白酶等細(xì)胞內(nèi)靶點(diǎn)，影響蛋白質(zhì)合成和折疊，干擾細(xì)胞分化等，作為主要或輔助的殺傷機(jī)制。另外，免疫治療也是抗結(jié)核治療中的重要部分，因此抗微生物肽的相關(guān)免疫作用及機(jī)制，應(yīng)該引起足夠的重視。

3.2 抗結(jié)核的抗微生物肽

抗菌肽家族的人源性陽(yáng)離子抗菌蛋白-18已被證明具有穩(wěn)定的抗結(jié)核作用，可以幫助殺滅巨噬細(xì)胞內(nèi)結(jié)核桿菌，抑制其在胞內(nèi)的生長(zhǎng)，在保持其抗菌活性的同時(shí)，還能調(diào)控感染結(jié)核桿菌的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-10等促炎及抗炎因子。主要由肝細(xì)胞合成的鐵調(diào)素與感染和鐵代謝有關(guān)，能在感染結(jié)核桿菌的巨噬細(xì)胞中表達(dá)和定植，能直接抑制細(xì)菌的活性[15]。同樣與鐵代謝相關(guān)的乳鐵蛋白能明顯減輕結(jié)核桿菌感染小鼠所造成的肉芽腫性病變[16]。S100A能夠明顯殺滅結(jié)核桿菌，在感染結(jié)核桿菌的巨噬細(xì)胞中高表達(dá)，提示其是巨噬細(xì)胞對(duì)結(jié)核桿菌感染免疫應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)中的一部分[17]。

此外，一些在原有基礎(chǔ)上人工合成或者經(jīng)過改造的抗微生物肽也體現(xiàn)出了優(yōu)良的抗結(jié)核活性，如經(jīng)過改造的人源性陽(yáng)離子抗菌蛋白-18類似物L(fēng)LAP能夠顯著抑制結(jié)核桿菌細(xì)胞膜上的三磷酸腺苷酶，從而抑制細(xì)菌[18]。疏水基團(tuán)α-螺旋陽(yáng)離子多肽M2M能夠?qū)鼓退幍慕Y(jié)核桿菌，與利福平聯(lián)用也有很好的協(xié)同作用[19]。全新合成的富含α，以及α和γ混合結(jié)構(gòu)的穿膜肽γTatM4能夠?qū)辜せ罨蛐菝郀顟B(tài)的結(jié)核桿菌，包括對(duì)異煙肼及利福平耐藥的菌株[20]。目前，大部分抗微生物肽對(duì)結(jié)核桿菌研究還局限于基礎(chǔ)研究，最多只涉及一些簡(jiǎn)單的動(dòng)物模型。

4 抗微生物肽的抗病毒作用

埃博拉病毒、非典型肺炎及寨卡病毒等病毒感染造成了一系列公眾健康緊急事件，再加上已經(jīng)危害人類已久的肝炎病毒、人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus, HIV）及各種呼吸道病毒等，可以說病毒感染性疾病給人類帶來(lái)了巨大威脅。由于針對(duì)病毒的相關(guān)疫苗及藥物研發(fā)周期長(zhǎng)，且病毒變異迅速，所以具有抗病毒等多種活性的抗微生物肽也成為了研究的熱點(diǎn)。

4.1 抗微生物肽的抗病毒機(jī)制

抗微生物肽能夠直接破壞病毒包膜或者衣殼，通過與細(xì)胞膜或者融合蛋白作用，影響病毒和宿主細(xì)胞膜融合，能與Glycoprotein 120等衣殼糖蛋白作用，抑制病毒的黏附和入侵。一些抗微生物肽能使脫細(xì)胞的病毒顆粒失活，還能與病毒核酸等靶標(biāo)作用阻止病毒復(fù)制，此外，對(duì)調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的反應(yīng)和各類細(xì)胞因子也有重要作用。

4.2 抗病毒的抗微生物肽

來(lái)源于兩棲類抗微生物肽的HS-1能破壞病毒衣殼從而對(duì)抗登革熱病毒[21]。人纖維膠凝蛋白等一些呼吸道可溶性多肽，能夠影響甲型流感病毒在巨噬細(xì)胞中復(fù)制，還能調(diào)節(jié)病毒誘導(dǎo)的細(xì)胞因子釋放[22]。FluPep家族的多肽能與H1N1、H3N2等各種亞型的甲型流感病毒的血細(xì)胞凝集素作用或者干擾病毒與細(xì)胞膜結(jié)合[23]。3種不同結(jié)構(gòu)的防御素，包括HNP-1、人β防御素-2和恒河猴θ防御素-1能通過抑制病毒入胞，干擾其復(fù)制等不同機(jī)制對(duì)抗HIV-1，其中HNP-1能在衣殼結(jié)合CD4細(xì)胞及共同受體，改變衣殼結(jié)構(gòu)等多位點(diǎn)干擾病毒的入胞和融合[24]。Caerin 1家族多肽能通破壞病毒衣殼，從而對(duì)抗皰疹病毒[25]。病毒的種類繁多，各自的活性和特點(diǎn)也不盡相同，因此針對(duì)不同病毒的抗微生物肽無(wú)論是來(lái)源還是作用機(jī)制也具有多樣性。

5 抗微生物肽的其他作用

細(xì)菌生物膜是黏附在生物及非生物表面的微生物群落及其細(xì)胞外基質(zhì)，是微生物抵御外界環(huán)境并造成難治性和反復(fù)性感染的重要原因。細(xì)菌生物膜能通過基質(zhì)屏障、降低代謝和信號(hào)傳遞等機(jī)制，耐藥性相比浮游細(xì)菌大大增強(qiáng)?？刮⑸镫淖鳛橐环N新型抗感染分子，也在很多基礎(chǔ)研究中體現(xiàn)出了抗細(xì)菌生物膜前景[26]。Medusin-PT除了有明顯抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的作用，也體現(xiàn)出抑制并清除Biofim的活性[27]。與臨床常見的抗生素相比，多粘菌素、人源性陽(yáng)離子抗菌蛋白-18及合成的抗微生物肽WLBU2均體現(xiàn)出更好的抗細(xì)菌生物膜作用[28]?？刮⑸镫木哂辛己玫拇┩感约案咝У目咕饔?，甚至能清除細(xì)菌生物膜，但具體的機(jī)制還有待進(jìn)一步深入研究。

LPS又稱內(nèi)毒素，是革蘭陰性細(xì)菌細(xì)胞壁的主要組成部分，在被機(jī)體免疫的病原相關(guān)分子模式受體高效識(shí)別后引起一系列炎癥反應(yīng)，是包括膿毒血癥在內(nèi)的嚴(yán)重感染性疾病的關(guān)鍵誘因之一。嗜酸性細(xì)胞陽(yáng)離子蛋白對(duì)LPS有很高的親和力，能抑制LPS刺激后免疫細(xì)胞腫瘤壞死因子的釋放[29]。一組富含色氨酸的合成抗微生物肽能夠通過靜電結(jié)合并且解離LPS，從而更好地作用在細(xì)菌質(zhì)膜[30]?？咕腒LK能特異性結(jié)合LPS，并抑制LPS對(duì)免疫細(xì)胞刺激后一氧化氮及細(xì)胞因子的釋放[31]。許多抗微生物肽具有中和內(nèi)毒素的作用，雖然具體機(jī)制還不太清楚，但是相關(guān)的研究還是值得關(guān)注的。

無(wú)論細(xì)菌本身，還是低等動(dòng)物或者哺乳動(dòng)物包括人類，抗微生物肽都是抵御外界病原微生物的有力武器，除了本身的殺傷作用，免疫調(diào)節(jié)也發(fā)揮了重要功能。不同類型的抗微生物肽所承擔(dān)的免疫調(diào)節(jié)功能并不相同，主要包括能夠直接或間接促進(jìn)如T細(xì)胞、單核細(xì)胞及嗜酸性細(xì)胞等免疫細(xì)胞在感染部位的聚集，可以增加免疫細(xì)胞的趨化性，能夠誘導(dǎo)和調(diào)控各種促炎及抗炎細(xì)胞因子的釋放等。

6 抗微生物肽的應(yīng)用與展望

抗微生物肽來(lái)源廣泛，對(duì)各種病原微生物都顯示出優(yōu)良的活性，有廣泛的免疫調(diào)節(jié)功能，有賴于生物工程技術(shù)的發(fā)展，人工合成并改造抗微生物肽的能力也大大提高，在保留、增強(qiáng)相關(guān)活性的同時(shí)，也使得其本身的毒性和副反應(yīng)降低，抗微生物肽作為人類對(duì)抗感染性疾病的新型藥物，具有較高的研究前景和價(jià)值。但是，抗微生物肽從基礎(chǔ)研究走向真正的臨床應(yīng)用，還有很長(zhǎng)的時(shí)間。由于蛋白結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系密切，所以抗微生物肽的作用機(jī)制復(fù)雜，研發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，成本較高。其次，宿主的免疫系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，基礎(chǔ)研究中的生物學(xué)活性并不能代表其在人體內(nèi)的真實(shí)情況。此外，抗微生物肽半衰期較短，具有免疫原性和毒性，蛋白水解等造成的生物利用率下降等問題還需要大量的研究來(lái)解決。人類與感染性疾病的斗爭(zhēng)從來(lái)沒有停歇過，相信通過進(jìn)一步深入系統(tǒng)的研究，在不久的將來(lái)抗微生物肽將能真正造福于人類。