抗菌肽生物活性及其影響因素

陳 晨

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，河南新鄭 451150)

抗菌肽屬于一種生物細(xì)胞經(jīng)特定的基因編碼合成的多肽，在特定外界條件誘導(dǎo)下被激活，具有一定的生物活性?？咕谋旧淼姆肿恿枯^小，再加上廣譜殺菌、熱穩(wěn)定性以及作用機(jī)制特殊等特征，其能夠殺滅的活性物質(zhì)非常多，不僅涉及真菌、細(xì)菌還涉及一些活性細(xì)胞，這也促使抗菌肽的臨床應(yīng)用價(jià)值得到了最大程度的提升?？咕目梢詫?shí)現(xiàn)單核細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞的趨化作用，可以一直大量聚集在炎癥部位，從而達(dá)到化學(xué)因子表達(dá)以及T輔助淋巴細(xì)胞的增殖反應(yīng)作用。對(duì)此，探討抗菌肽生物活性及其影響因素具備顯著實(shí)踐性價(jià)值。

1 抗菌肽生物活性

對(duì)近些年的臨床研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后認(rèn)為，抗菌肽的生物活性主要體現(xiàn)在下面幾種：①抗菌與抗感染活性?？咕牡目咕V相對(duì)而言具備比較突出的廣泛性特征，其與傳統(tǒng)的抗生素相比可以實(shí)現(xiàn)對(duì)更多細(xì)菌的影響，抗真菌以及病毒的抗生素較少[1]。國(guó)外研究指出，抗菌肽的SB37對(duì)于多種植物病原菌具備抗菌活性的抑制作用，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)菌致死濃度的調(diào)整，其濃度一般在0.1～4.5μmol/L，同時(shí)抗菌肽在農(nóng)作物以及經(jīng)濟(jì)作物等病原菌方面也可以達(dá)到相應(yīng)的抑制性作用，可以達(dá)到比較突出的高度耐藥等特性，尤其是對(duì)于金黃色葡萄球菌和傷寒桿菌都可以借助抗菌肽實(shí)現(xiàn)敏感性影響達(dá)到比較突出的干預(yù)作用[2-3]。從腐物寄生的子囊菌當(dāng)中可以實(shí)現(xiàn)抗菌肽Plectasin的分離，其對(duì)于肺炎鏈球菌具備較好的殺菌作用，效果和萬古霉素以及青霉素高度相似；②抗病毒活性。臨床研究中發(fā)現(xiàn)對(duì)煙芽夜蛾幼蟲血淋巴的病毒具備比較突出的抑制影響，其可以實(shí)現(xiàn)病毒感染功能的控制。在人中性粒細(xì)胞的防御素HNP21對(duì)于皰疹病毒也具備比較突出的抑制作用。有研究認(rèn)為，蜂毒素與天蠶素在亞毒性濃度之下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)艾滋病毒HIV21基因表達(dá)的抑制作用，可以有效減少病毒增值。在無血清存在的情況下，高濃度的防御素會(huì)提高HIV膜通透性。另外，還有許多關(guān)于抗菌肽抑制感染病毒、乙型肝炎病毒的研究；③抗腫瘤活性。腫瘤細(xì)胞的骨架并不是相當(dāng)成熟，抗菌肽可以快速地進(jìn)入到細(xì)胞脂膜并形成離子通道，從而達(dá)到腫瘤細(xì)胞的損壞作用。在多數(shù)的化療藥物治療方面，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)癌細(xì)胞的治療作用，但是這一種治療的副作用問題比較突出?？咕目梢蕴禺愋缘臍绮糠帜[瘤細(xì)胞，同時(shí)對(duì)于人體中正常細(xì)胞無殺滅的作用。1μg/mL的人源性抗菌肽對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用在14h左右非常突出，其可以達(dá)到癌細(xì)胞殺滅作用。天蠶素以及爪蛙素的表達(dá)對(duì)于腫瘤細(xì)胞中的纖維瘤細(xì)胞以及肺癌細(xì)胞等具備殺滅作用；④抗寄生蟲活性。抗菌肽可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人類和動(dòng)物源寄生蟲殺滅作用，其對(duì)于Chagas氏病毒以及瘧疾具備比較突出的治療作用。目前認(rèn)為天蠶素和蜂毒素的雜合體可以實(shí)現(xiàn)對(duì)萊什曼原鞭毛蟲的抑制，在作用靶點(diǎn)方面主要是集中在細(xì)胞脂膜上，其可以實(shí)現(xiàn)高度通透性，并達(dá)到膜電位的損壞，促使質(zhì)膜的形態(tài)得到有效的改變。另外，國(guó)外的研究中發(fā)現(xiàn)，昆蟲抗菌肽對(duì)于感染瘧疾的預(yù)防具備比較突出的效果，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)卵囊期的有效抑制；⑤其他活性。抗菌肽除了上述四種代表性活性以外，還具備一定的抗精子、胚胎活性、溶血活性以及神經(jīng)細(xì)胞毒性等多方面的生物學(xué)活性功能。

2 抗菌肽生物活性的影響因素

2.1 自身因素對(duì)活性的影響

自身因素對(duì)活性的影響中最具代表性的便是末端殘基和長(zhǎng)度對(duì)于抗菌肽活性的影響。某研究對(duì)人工合成的抗菌肽C和N端可以實(shí)現(xiàn)氨基酸的切除，并在末端殘疾和肽鏈的長(zhǎng)度方面實(shí)現(xiàn)對(duì)抗菌肽活性的影響，抗菌肽活性會(huì)隨著末端的殘疾形成切除。同時(shí)將抗菌肽的CMIV基因和突變克隆GST融合進(jìn)行表達(dá)，其可以采用不同切割的表達(dá)方式，獲得N端的多余氨基酸抗菌肽和C端抗菌肽的CMIV表達(dá)，其可以促使抗菌活性逐漸丟失。在臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，抗菌肽本身的末端結(jié)構(gòu)對(duì)于生物結(jié)構(gòu)的活性影響非常突出，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)抗菌肽的最低長(zhǎng)度控制，并基于抗菌肽的作用機(jī)制特征，可以促使抗菌肽細(xì)胞膜的膜孔逐漸形成，并達(dá)到細(xì)菌殺滅的作用。在基礎(chǔ)理論方面最短的長(zhǎng)度在18個(gè)氨基酸左右。這一種長(zhǎng)度主要是通過細(xì)胞的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜構(gòu)成，在抗菌肽的N端上可以直接連接十二烷基，對(duì)于脂肽的殺菌活性可以實(shí)現(xiàn)有效的檢測(cè)，其結(jié)果證明殺菌活性的提高。對(duì)此，在抗菌活性和多肽的長(zhǎng)度方面的研究中，認(rèn)為超過24個(gè)殘基時(shí)抗菌肽的活性會(huì)表現(xiàn)出明顯的活躍度，整個(gè)抗菌活性得到顯著提高。

2.2 影響膜孔成型能力的因素

膜孔成型是抗菌肽實(shí)現(xiàn)殺滅功能的關(guān)鍵，同時(shí)也是活性得以發(fā)揮的關(guān)鍵。國(guó)外研究中認(rèn)為，在質(zhì)膜和水相界面之上，抗菌肽和脂質(zhì)雙層之間先是借助靜電吸附的方式接近，并借助分子中N端和C端之間的連接結(jié)構(gòu)以結(jié)合，抗菌肽的分子疏水端插入質(zhì)膜當(dāng)中，借助兩親性α螺旋插入到質(zhì)膜當(dāng)中，并形成膜孔，最終促使細(xì)胞的內(nèi)容物外泄。對(duì)于不同的內(nèi)源性陽(yáng)離子抗菌肽在細(xì)胞膜上可以形成的孔差異比較大，導(dǎo)致膜孔形成的能力發(fā)生改變。對(duì)于pH而言，pH屬于中性時(shí)，抗菌肽與膜的結(jié)合功能會(huì)得到提升，同時(shí)pH屬于抗菌肽溶解脂粒功能的決定性因素。介質(zhì)的離子強(qiáng)度和溫度會(huì)直接影響膜孔的形成，提升介質(zhì)的離子強(qiáng)度或者是控制溫度可以控制孔形成，從而促使抗菌肽的活性下降。另外，每摩爾Kappacin可以結(jié)合Zn2＋，這一種結(jié)合可以促使抗菌肽在中性環(huán)境之下的活性提升。另外，國(guó)外研究者在多肽LL37基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并合成抗菌肽WLBU2，在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了LL37的效價(jià)在1～6mmol/L的Mg2+與Ca2+中存在不同的抑制程度，同時(shí)環(huán)境活性保持作用比較突出。

2.3 抗菌肽和膜的相互作用

在抗菌肽活性影響因素中，對(duì)于肽和膜的相互作用影響研究并不多。在部分研究中發(fā)現(xiàn)，抗菌肽和膜脂脂質(zhì)之間存在陽(yáng)離子脂質(zhì)物質(zhì)，其很少且有限，這些物質(zhì)在電荷與兩性分子、傳遞細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)方面和抗菌肽有著較高相似性。在部分研究中發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)的非雙分子層形成對(duì)跨膜遷移以及蛋白質(zhì)折疊的影響突出，認(rèn)為肽遷移需要特殊的磷脂和膜相，其可能作為肽結(jié)構(gòu)決定遷移率。在研究中，脂肪酸和生物學(xué)上缺少活性陽(yáng)離子肽的N端不同長(zhǎng)度的聯(lián)結(jié)形成不同細(xì)胞并具備溶解活性的脂肽，這些脂肽屬于真菌、細(xì)菌靶點(diǎn)的候選之一，同時(shí)也是之后的主要研究方向之一。

2.4 帶電氨基酸對(duì)抗菌肽活性的影響

研究表明，正電荷確實(shí)會(huì)提高抗菌活性，相反，負(fù)電荷的存在一定程度上使抗菌活性下降。這些現(xiàn)象的發(fā)生可能是因?yàn)殡姾蓪?duì)肽單體或聚合物的潛在影響可能包括r-螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和失穩(wěn)，這是形成攻擊膜結(jié)構(gòu)所必需的。

2.5 特殊殘留氨基及一些次生結(jié)構(gòu)對(duì)抗菌肽活性的影響

這些特殊殘基可以是二次Trp、C端酰胺化和中間產(chǎn)物，它們的取代將直接影響抗菌肽的抗菌活性。S.A.Taran等曾將人工合成的抗菌肽Sarcotoxin IA通過羥基取代酰胺基，酪氨酸取代第二Trp，發(fā)現(xiàn)I和Ⅱ的活動(dòng)比Sarcotoxin IA下降20%～50%，6%～33%。此外，Dong Gun Lee用Leu取代了中間Pro，導(dǎo)致P18活性降低了50%。對(duì)于蛋白質(zhì)來說，其功能主要依賴于較高的結(jié)構(gòu)，而對(duì)于抗菌肽來說，其功能和活性則依賴于二級(jí)結(jié)構(gòu)，即抗菌肽分子內(nèi)部形成的兩親性結(jié)構(gòu)。一些實(shí)驗(yàn)表明，cecropin Pl溶液的構(gòu)象通過圓二色性和二維核磁共振光譜的構(gòu)象發(fā)現(xiàn)，cecropin Pl是自由地蜷縮在水溶液中，而在與細(xì)胞膜疏水環(huán)境相似的六氟異丙醇溶液中，則形成r-螺旋類似于細(xì)胞膜的疏水環(huán)境。上述說明抗菌肽在水中沒有太過明顯的結(jié)構(gòu)，而環(huán)境狀態(tài)接近細(xì)胞膜時(shí)，才可以使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高?？梢?，兩親螺旋結(jié)構(gòu)是其抗菌活性的基本結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的研究表明，抗菌肽的活性可能會(huì)受螺旋度的改變而發(fā)生變化。倘若將氨基酸殘基由螺旋傾向高向螺旋傾向低轉(zhuǎn)化，會(huì)發(fā)現(xiàn)抗菌活性有了明顯的提高。

2.6 氨基酸構(gòu)象對(duì)抗菌肽活性的影響

近幾年對(duì)于抗菌肽的認(rèn)識(shí)中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的氨基酸都由L型氨基酸組成，當(dāng)然也有一些抗菌肽含有D型氨基酸。那么，D型或L型氨基酸會(huì)影響抗菌肽的活性嗎?1999年Hong等報(bào)道說，L型氨基酸被D型氨基酸所取代可以在不影響抗菌肽的抗菌活性的前提下有效提高了抗菌肽的穩(wěn)定性。然而，在2002年，K.A.Hiraj等用Baetenecin7進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果完全不同。他們發(fā)現(xiàn)原來的L型和D型氨基酸被Baetenecin7而導(dǎo)致了氨基酸的抗菌活性在一定程度上失去，但是，值得高興的是抗真菌

活性Baetenecin7意外顯著增加，因此也就否定了Hong等的看法。同時(shí)，這或許也是一種新合成和生產(chǎn)針對(duì)某種病原體的抗菌肽，進(jìn)而為臨床上的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，抗菌肽具備廣譜抗菌活性，其對(duì)于病毒、腫瘤細(xì)胞以及寄生蟲等有一定殺滅功能，和上皮細(xì)胞、吞噬細(xì)胞以及溶解體等可以共同構(gòu)成機(jī)體的非特異性防御系統(tǒng)，其可以充當(dāng)單核細(xì)胞以及T淋巴細(xì)胞的趨化因子參與炎癥反應(yīng)與應(yīng)答等功能，這也是提升抗菌肽生物學(xué)活性的重要途徑。另外，在抗菌肽的耐藥性方面，國(guó)外的部分研究對(duì)PXB敏感的突變體與mtrCDE操縱子內(nèi)含有插入序列，mtrCDE操作子編碼可以形成藥物輸出泵蛋白?？傊咕膶儆谝环N公認(rèn)的抗菌藥物，今后可以進(jìn)一步深入研究，從而提高抗菌肽的臨床應(yīng)用價(jià)值，更好地造福于人類。