關(guān)于抗菌肽對HIV—1顆粒作用機(jī)制的分析和臨床應(yīng)用創(chuàng)新的思考

朱秀舉 王志偉

摘要：為更好地應(yīng)用抗菌肽預(yù)防與治療艾滋病，本文通過類比法分析了抗菌肽對細(xì)菌細(xì)胞的作用機(jī)制，分析結(jié)果揭示了抗菌肽與細(xì)菌細(xì)胞膜的作用機(jī)理，以此為據(jù)揭示了抗菌肽對病毒包膜的作用機(jī)理，為抗菌肽應(yīng)用提供了依據(jù)。本文還分析了抗菌肽在臨床治療和預(yù)防艾滋病方面的創(chuàng)新應(yīng)用，提出了預(yù)防與治療艾滋病的新思路。

關(guān)鍵詞：抗菌肽、HIV-1包膜、糖蛋白gp120、糖蛋白gp41、疏水性

【中圖分類號】749 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2107-2306（2019）02-144-02

1、引言

眾所周知，艾滋病是人類社會的頑疾，現(xiàn)有的治療艾滋病的藥物并不能徹底地殺滅艾滋病毒，只能最大限度和持久地降低病毒載量，獲得免疫功能重建和維持免疫功能，一些治療效果好但是副作用巨大的藥品不能被使用。由于HIV-1病毒的變異性極強(qiáng)，單一的特異性藥物往往在用藥初期效果顯著，但在1-2周后由于藥物不能控制變異病毒導(dǎo)致已經(jīng)下降的病毒數(shù)量反跳式上升，使得治療效果急劇下降。所以，尋找一種能夠具有廣譜性且能夠破壞其基本結(jié)構(gòu)，具有抵抗多種變異性病毒的抗病毒物質(zhì)極為關(guān)鍵。

抗菌肽是一類分子量小、穩(wěn)定性好、具有廣譜抗菌性的肽類物質(zhì)，在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用前景。目前隨著研究的進(jìn)行，全球已經(jīng)建立起了一些較為完備的抗菌肽數(shù)據(jù)庫[1]如APD數(shù)據(jù)庫、ANTIMIC數(shù)據(jù)庫、APPDb數(shù)據(jù)庫等，這些數(shù)據(jù)庫可以讓我們更加方便地對抗菌肽進(jìn)行各種研究，包括序列比對、分析，結(jié)構(gòu)預(yù)測，分子改造設(shè)計(jì)等。抗菌肽來源廣泛，種類眾多。下面筆者重點(diǎn)介紹與人類息息相關(guān)的防御素。

2、作用機(jī)制假說

目前隨著對抗菌肽的深入研究，其作用于細(xì)菌細(xì)胞的機(jī)制逐漸明朗，較有說服力的抗菌肽作用機(jī)制為抗菌肽與細(xì)胞膜的作用[2]：陽離子抗菌肽的正電荷區(qū)域與細(xì)胞膜上的負(fù)電荷區(qū)域相互作用，使抗菌肽分子的疏水端插入細(xì)胞膜的脂質(zhì)膜中，進(jìn)而改變脂質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，抗菌肽與細(xì)胞膜作用后形成跨膜電位，影響滲透壓平衡，導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)的變化，并且可能會使細(xì)胞內(nèi)容物流出，抑制細(xì)胞的生命活動，這種抗菌肽與膜的相互作用直接關(guān)系到抗菌肽的抗菌活性[3]。

HIV感染人體后，主要侵犯T淋巴細(xì)胞及巨噬細(xì)胞，并由它的毒粒膜蛋白gp120與細(xì)胞表面的CD4受體蛋白結(jié)合，這種分子結(jié)合作用的特異性很高，親和力很強(qiáng)，HIV與受體結(jié)合后，病毒核心進(jìn)入細(xì)胞并在酶作用下脫去蛋白殼，以病毒RNA為模板合成單鏈DNA，隨之經(jīng)細(xì)胞的DNA聚合酶合成雙鏈cDNA。cDNA經(jīng)環(huán)化后整合到細(xì)胞染色體上。病毒核酸隨細(xì)胞的分裂而傳至子代細(xì)胞，所以HIV-1可以長期潛伏。在某些因子的作用下，病毒基因組被激活，轉(zhuǎn)錄為RNA，部分作為新病毒的基因組，部分作為病毒翻譯蛋白所需的mRNA，翻譯出病毒結(jié)構(gòu)蛋白及各種毒粒酶，經(jīng)裝配形成HIV核心顆粒，核心顆粒從細(xì)胞膜上芽生時(shí)，獲得包膜成為成熟的病毒去感染新的細(xì)胞。病毒大量復(fù)制，造成感染細(xì)胞死亡。

其中的關(guān)鍵是，HIV病毒顆粒外面由一層包膜包裹，它表面上的突起（Spike）是由糖蛋白gpl20和gp41通過非共價(jià)鍵結(jié)合而成的。HIV包膜糖蛋白在病毒感染的過程中起著極其重要的作用，并且病毒侵染宿主細(xì)胞從病毒包膜與細(xì)胞膜的融合開始，如果我們能夠借助抗菌肽與病毒包膜的相互作用來破壞病毒包膜，那么HIV病毒對正常人體細(xì)胞就不能進(jìn)行識別與攻擊，從而大大控制了病毒載量，實(shí)現(xiàn)長久對艾滋病的治療乃至治愈。

3、臨床應(yīng)用前景思考

從上述作用機(jī)制出發(fā)，筆者可以進(jìn)而分析抗菌肽的實(shí)際應(yīng)用前景。由于抗菌肽與HIV-1顆粒直接接觸作用，所以其主要抵御艾滋病毒侵染細(xì)胞的第一階段，即在病毒進(jìn)入時(shí)或進(jìn)入前發(fā)揮作用。由此，筆者可以想到抗菌肽可以作為阻斷艾滋病傳播的重要方法。抗菌肽可以被設(shè)計(jì)作為女性陰道表面清洗除菌劑的重要成分起到防護(hù)屏障作用，在陰道混合液里與可能存在的HIV-1顆粒直接接觸，起到很好的殺滅艾滋病毒的作用，從而阻斷艾滋病的性傳播途徑，我們亟需驗(yàn)證抗菌肽在精液與陰道液體存在時(shí)生理活性及其對黏膜細(xì)胞的影響。我們可以在動物模型中進(jìn)一步評價(jià)，以檢測其對黏膜組織的毒性以及單獨(dú)或與其他潛在化合物聯(lián)合阻斷HIV-1性傳播的能力。同樣地，抗菌肽可以作為一種微量清除劑加入到血液制品與母乳中去，將溶液中懸浮的HIV-1顆粒殺滅，從而大大降低了艾滋病傳播的風(fēng)險(xiǎn)。這為阻斷艾滋病的傳播途徑，進(jìn)而消滅艾滋病提供了可能。

與此同時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)有些存在于靈長類動物的抗菌肽在人體中并不存在。如θ-防御素由于提前產(chǎn)生終止密碼子，不會在人體中表達(dá)。目前尚不清楚此種機(jī)制是否會導(dǎo)致人類抵抗HIV的能力減弱。但巧合的是沉默的θ-防御素基因可以通過氨基糖甙類來讀取通過提前終止密碼子被“重新喚醒”[5]。通過這種方法我們或許能夠構(gòu)建更強(qiáng)的自身免疫系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)防與治療艾滋病的作用。但是我們亟需驗(yàn)證氨基糖苷類這類物質(zhì)的特異性與安全性，倘若這類物質(zhì)意外地將其他沉默基因激活，則可能導(dǎo)致不希望的結(jié)果發(fā)生（比如誘發(fā)癌癥）。所以我們需要大量實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其安全性。

筆者認(rèn)為應(yīng)用抗菌肽的關(guān)鍵要控制其選擇性，最大限度地降低其對人體細(xì)胞的毒害作用。由于抗菌肽的疏水性為抗菌肽的一個(gè)基本特性，會影響抗菌肽的選擇性，疏水性可能會驅(qū)使抗菌肽與哺乳動物細(xì)胞膜相互作用，該種細(xì)胞膜由兩性離子磷脂分子組成。實(shí)驗(yàn)證實(shí)[6]增加Dermaseptin S4抗菌肽凈正電荷，降低Dermaseptin S4疏水性能夠?qū)е缕淙苎钚越档停咕钚陨?。因此，我們可以針對cecropins、magainins和defensins等主要家族的抗菌肽進(jìn)行過改造或者雜合[6]，控制其疏水性，增加凈正電荷，生產(chǎn)出低毒性，更加高效、廣譜的抗菌肽。將改造實(shí)驗(yàn)后的肽類物質(zhì)進(jìn)行氨基酸測序，并以此推測編碼該種抗菌肽的基因序列，利用基因工程的技術(shù)構(gòu)造一種融合性基因載體，利用工程菌大量生產(chǎn)此類融合蛋白，將抗菌肽分離純化，人工修飾，從而生產(chǎn)出具有生物活性的抗菌肽，通過細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)和活體動物實(shí)驗(yàn)的方法檢驗(yàn)人工合成的抗菌肽對病毒的抑制作用及可能出現(xiàn)的不良反應(yīng)。由于艾滋病人本身免疫缺陷，所以注入此類肽類物質(zhì)不會引起強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)?？咕耐ㄟ^破壞HIV-1顆粒基本結(jié)構(gòu)而不與HIV-1受體發(fā)生特異性相互作用來預(yù)防HIV-1感染。因此，理論上出現(xiàn)對此類肽的抗性的概率很小，所以抗菌肽具有長期抑制艾滋病的能力。

上述動物實(shí)驗(yàn)成功后，我們還需要進(jìn)行大量的臨床試驗(yàn)，筆者相信抗菌肽最終能夠在艾滋病治療與阻斷艾滋病傳播方面起到重要作用，為廣大艾滋病患者帶來福音。

4、總結(jié)與展望

抗菌肽作為生物體天然免疫系統(tǒng)的重要組成部分，其作用越來越受到人們的關(guān)注。由于全球抗生素藥物的濫用，越來越多的細(xì)菌對傳統(tǒng)的抗生素產(chǎn)生了耐藥性，由于抗菌肽具有廣譜性和很好的穩(wěn)定性，未來抗菌肽極有可能替代抗生素成為抗菌治療的主要藥物。部分抗菌肽具有殺精活性和抗性傳播微生物活性，這些肽有望開發(fā)為聯(lián)合避孕藥物和抗性傳播微生物藥物。此外，抗菌肽在抗真菌、抗癌、抗寄生蟲等方面均具有廣闊的前景，本文不再一一贅述。

參考文獻(xiàn)

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