不同類型抗菌肽的結(jié)構(gòu)及作用機制

宋雪瑩

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)分院，黑龍江齊齊哈爾 160000）

抗菌肽（antimicrobial peptides， AMPs）也稱為宿主防御肽，是生物機體對抗入侵微生物過程中形成的防御系統(tǒng)。 AMPs 大小在40 個氨基酸殘基以內(nèi)，通常呈陽離子[1]。 AMPs 作為先天免疫系統(tǒng)的一部分，對革蘭陰性和革蘭陽性細菌都表現(xiàn)出廣譜抗菌活性。 迄今為止，已確定AMPs 發(fā)揮抗菌活性的主要作用機制包括破壞膜完整性和抑制細胞內(nèi)活性。 不同類別AMPs都有獨特的結(jié)構(gòu)和微生物細胞內(nèi)活性抑制機制，滲透到脂質(zhì)雙分子層[2-3]，通過不同機制殺滅細菌。 例如，影響轉(zhuǎn)錄和DNA 復制、細胞質(zhì)分裂、細胞壁生物合成以及抑制酶活性和蛋白質(zhì)合成[4]。

1 牛乳鐵蛋白肽（LfcinB）

LfcinB 是由乳鐵蛋白N-末端結(jié)構(gòu)域 （17～41 個殘基）酸水解產(chǎn)生的一種陽離子抗菌肽，具有抗細菌、抗真菌和抗病毒活性。 LfcinB 含有25 個殘基的多肽片段，包括α 螺旋結(jié)構(gòu)[5]、反向平行β 結(jié)構(gòu)[6]和由2 個半胱氨酸殘基之間的二硫鍵形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 LfcinB具有兩親性，因為肽的一個表面呈疏水性；另一表面呈親水性。 LfcinB 破壞細菌質(zhì)膜的能力被認為是影響抗菌活性的主要因素，膜電位在病菌質(zhì)膜局部脂質(zhì)雙分子層破裂和快速滲透中起重要作用[7]。 LfcinB（4～9）（RRWQWR） 殘基被認為是乳鐵素B 的抗菌活性中心，當C 端的羧基被酰胺化時，顯示出與LfcinB 相當?shù)目咕钚訹8]。

LfcinB（21～25）Pal（RWQWRWQWR）的凈電荷為4+，具有兩親性。 肽有一個由精氨酸殘基形成的帶電面；另一側(cè)含有谷氨酰胺殘基，這兩側(cè)都含有2 個色氨酸殘基。 對大腸桿菌ATCC 25922、 糞腸桿菌ATCC 29212、 腸炎菌ATCC 13076、 銅綠假單胞菌ATCC 27853 和金黃色葡萄球菌ATCC 25923 具有抑菌活性[9]。

2 天蠶素（Cecropin）

Cecropin 是一種帶正電荷的α 螺旋肽，具有廣譜抗菌活性，有一定的抗病毒和抗真菌特性，由節(jié)肢動物先天免疫系統(tǒng)產(chǎn)生，可作為理想的天然抗生素替代品。 Cecropin 具有強堿性的N 端和高疏水的C 端，表現(xiàn)出兩親性。 根據(jù)氨基酸序列不同，分為天蠶素A、B、C 和D 等。 不同種類天蠶素的氨基酸序列見表1[10]。

表1 同種類天蠶素的氨基酸序列[10]

Cecropin A 是最早發(fā)現(xiàn)的天蠶素之一，是從蛾類Hyalophora cecropia 中分離出來的[11]，由37 個氨基酸殘基組成，呈α 螺旋結(jié)構(gòu)[12]。 Cecropin A 通過快速滲透病原體外膜，致使其破裂死亡。

Cecropin B 是一種線性帶正電荷多肽， 由35 個氨基酸組成。 目前研究表明，在天蠶素家族的所有成員中，Cecropin B 對革蘭陰性菌具有較強的抗菌活性，并且對人體細胞具有較低的細胞毒性[13]。

Cecropin C 由37 個氨基酸組成，目前在抗細菌活性方面研究較少。 因其與Cecropin A 相比，缺少C 端阻斷基團，被認為是Cecropin A 的前體或降解產(chǎn)物[14]。

Cecropin D 由19 個氨基酸殘基組成， 末端缺乏大部分賴氨酸殘基， 不帶電荷。 Cecropin D 比Cecropin A、Cecropin B 疏水性更強。Cecropin D 對革蘭陽性和革蘭陰性細菌具有抗菌作用，同時也表現(xiàn)出強大的抗病毒特性[15]。

3 組織蛋白酶抑制素（Cathelicidin）

Cathelicidin 由哺乳動物固有宿主防御系統(tǒng)上皮細胞產(chǎn)生，主要包含一個非活性抗菌結(jié)構(gòu)域和一個信號肽。 Cathelicidin 除具有抗菌作用外，還參與許多重要的生理現(xiàn)象， 如細胞凋亡、 免疫調(diào)節(jié)和傷口愈合。Cathelicidin 基因CAMP 編碼18 kDa 前體， 人類陽離子抗菌蛋白hCAP18 經(jīng)蛋白裂解得到成熟的生物活性肽LL-37[16]。LL-37 已在包括角質(zhì)形成細胞、單核細胞、肥大細胞和中性粒細胞在內(nèi)的許多細胞中被鑒定出來， 在先天免疫細胞反應中起著多方面的作用，包括誘導白細胞介素8（IL-8），上調(diào)趨化因子受體4（CXCR4）、趨化因子受體2（CCR2）和白介素8 受體（IL-8RB），并可作為中性粒細胞和單核細胞的趨化劑[17]。

4 作用機理

目前，抗菌肽的抗菌機制尚無明確結(jié)論，普遍認可以下4 種模型：凝集模型、桶壁模型、環(huán)面孔隙模型和地毯模型（圖1）。

圖1 肽的作用機理[22]

凝集模型：抗菌肽在靜電作用下，與細菌細胞膜上帶負電的磷脂酰肌醇相互作用， 凝集在細胞膜兩側(cè)，使得細胞膜去極化[18]。

桶壁模型：該模型主要假設抗菌肽是在“桿”中形成的，并且可以相互結(jié)合。 由于這種結(jié)合形成了桶狀孔隙。 這些孔隙的形成是基于抗菌肽的殘基與脂質(zhì)雙分子層脂肪酸鏈相互作用，并且親水區(qū)域排列在形成的孔隙內(nèi)部[19]。

環(huán)面孔隙模型：有些短鏈結(jié)構(gòu)的抗菌肽，不能同α 螺旋結(jié)構(gòu)一樣在脂質(zhì)雙分子層中積累，因此提出了環(huán)面孔隙模型。 其中，環(huán)形孔被認為是由多肽和脂質(zhì)組成的，因此該類抗菌肽分子不需要穿過細胞膜的兩層，與地毯機制類似，聚集的多肽可能會影響膜的厚度，使其變薄并形成孔隙[20]。

地毯模型：該模型顯示抗菌肽對細胞膜完整性的影響。 在細胞外的肽與細胞膜結(jié)合并覆蓋其表面，以與脂質(zhì)雙分子層平行的方向積累，由此產(chǎn)生的抗菌肽聚合體斑塊類似于地毯，因此而得名[21-22]。

5 結(jié)語

目前， 對抗菌肽抑菌活性研究較多。 通過測試LfcinB、Cecropin 和Cathelicidin 等對不同抗革蘭陰性菌和革蘭陽性菌的最小抑菌濃度（MIC），證明這些抗菌肽均具有較好的抑菌活性。 在畜禽生產(chǎn)中雖然也開展了一些應用研究，但針對不同畜禽品種、不同生長階段的研究還不夠深入。 因此，將不同來源抗菌肽應用在畜禽生產(chǎn)中應該是未來研究的方向之一。