抗菌肽的作用機(jī)制及其抗病毒活性課件

抗菌肽的作用機(jī)制及其抗病毒活性劉建根抗菌肽的作用機(jī)制及其抗病毒活性1、什么是抗菌肽2、抗菌肽的來(lái)源3、抗菌肽的結(jié)構(gòu)4、抗菌肽的作用機(jī)制5、抗菌肽的抗病毒活性6、抗菌肽對(duì)病毒的效價(jià)和副作用1、什么是抗菌肽抗菌肽（AMPs）是一類廣泛存在于自然界生物體中的小肽類物質(zhì)，它是機(jī)體先天性免疫系統(tǒng)的重要組成部分。由于抗菌肽對(duì)細(xì)菌、真菌、寄生蟲(chóng)、病毒、腫瘤細(xì)胞等有著廣泛的抑制作用，并且隨著越來(lái)越多的抗生素耐藥微生物的出現(xiàn)，使得抗菌肽在醫(yī)藥行業(yè)和食品添加劑等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。本文綜合近年來(lái)抗菌肽的研究，概述了抗菌肽的來(lái)源、功能、作用機(jī)制和應(yīng)用前景。

抗菌肽是由基因編碼在核糖體內(nèi)合成的多肽，不同種類的抗菌肽通常有共同的特點(diǎn)：短肽(30~60個(gè)氨基酸),強(qiáng)陽(yáng)離子性(等電點(diǎn)范圍為8.9~10.7),熱穩(wěn)定性好(100℃,15min)，分子質(zhì)量約為4ku，無(wú)藥物屏蔽且不影響真核細(xì)胞。當(dāng)今，抗菌肽已經(jīng)可以由原核生物到人類的大部分有機(jī)生物體中成功分離和分類?？咕耐ǔＷ饔糜诩?xì)菌，在真核生物的天然免疫方面發(fā)揮著重要作用，被認(rèn)為是古代進(jìn)化中哺乳動(dòng)物體內(nèi)有效保留的免疫分子。2、抗菌肽的來(lái)源抗菌肽根據(jù)其來(lái)源的不同通常可以分為4大類，分別為來(lái)源于昆蟲(chóng)、動(dòng)物、微生物基因工程菌的抗菌肽以及人工合成的抗菌肽。迄今為止，已有1500多種不同來(lái)源的抗菌肽被相繼報(bào)道。2.1來(lái)源于昆蟲(chóng)的抗菌肽1.cecropins：cecropins是在天蠶蛹的血淋巴中發(fā)現(xiàn)的，它是世界上第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的抗菌肽。2.防御素：防御素有富含半胱氨酸的陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)，是具有3個(gè)或者4個(gè)二硫鍵的獨(dú)特結(jié)構(gòu)的多肽。防御素已從哺乳動(dòng)物、昆蟲(chóng)和植物中分離出來(lái)，它們作為先天免疫效應(yīng)分子，對(duì)病原體感染提供了最初的有效防御。

3.富含甘氨酸的抗菌肽：迄今為止，許多抗菌肽已經(jīng)在不同的昆蟲(chóng)中被證實(shí)，如：肌毒素(creatoxin)、attacins、雙翅殺菌肽(diptericins)和鞘翅殺菌肽(coleoptericins)等。這些抗菌肽都富含14%~22%的甘氨酸殘基，并且這些殘基對(duì)肽鏈的三級(jí)結(jié)構(gòu)有重要影響。富含甘氨酸的抗菌肽家族通?？梢钥拐婢透锾m氏陰性細(xì)菌，以及通過(guò)破壞細(xì)胞膜來(lái)抗癌細(xì)胞。2.2來(lái)源于動(dòng)物的抗菌肽抗菌肽起初是在無(wú)脊椎動(dòng)物動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的，隨后在脊椎動(dòng)物中也有發(fā)現(xiàn)，這些肽顯示出多樣的序列結(jié)構(gòu)和特異性的靶標(biāo)。基因編碼的抗菌肽能夠在哺乳動(dòng)物、兩棲動(dòng)物、魚(yú)類、昆蟲(chóng)等多種不同生物體的組織中表達(dá)。2.4來(lái)源于人工合成的抗菌肽近年來(lái)，隨著人們對(duì)抗菌肽研究的深入，科研人員嘗試人工合成抗菌肽，并在醫(yī)療應(yīng)用方面取得了一定的成果。利用抗菌肽研制的藥物已進(jìn)入市場(chǎng)，如：美國(guó)馬蓋寧制藥公司研發(fā)出來(lái)的馬蓋寧(magainin)藥物可殺死病毒和腫瘤細(xì)胞，柞蠶抗菌肽能抑制乙型肝炎和殺滅腫瘤細(xì)胞，在醫(yī)藥上已制成腎肝寧膠囊治療腎炎及肝炎等。

(4)有2個(gè)或2個(gè)以上二硫鍵、具有β-折疊結(jié)構(gòu)的抗菌肽；(5)由其它已知功能的較大的多肽衍生而來(lái)的具有抗菌活性的肽。其中最早分離到的Cecropins和從非洲爪蟾中分離到的Magainins等屬于第一類抗菌肽，通常也將其稱為Cecropin類抗菌肽，目前對(duì)此類抗菌肽的研究也較深入。4、抗菌肽的作用機(jī)制抗菌肽的確切作用機(jī)制目前還在深入研究中，研究人員提出多種理論假設(shè)來(lái)解釋抗菌肽抑制或殺滅微生物的過(guò)程。但是抗菌肽的抗菌機(jī)制研究只針對(duì)個(gè)別幾種抗菌肽，所以目前還沒(méi)有一個(gè)能夠涵蓋所有種類抗菌肽作用機(jī)理的假說(shuō)，且不確定哪種假說(shuō)更接近真實(shí)情況。4.1抗菌肽與細(xì)胞膜的相互作用抗菌肽能夠與細(xì)胞膜表面相互作用，使膜的通透性改變。陽(yáng)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，打破酸堿平衡，影響滲透壓平衡，抑制呼吸作用，總之抗菌肽與膜的相互作用直接關(guān)系到抗菌肽的抗菌活性。

B為環(huán)孔模型(toroidal)，認(rèn)為聚集的抗菌肽分子是垂直嵌入到細(xì)胞膜上，其疏水區(qū)的位移可以使細(xì)胞膜疏水中心形成裂口，引發(fā)磷脂單分子層向內(nèi)彎曲，形成一個(gè)直徑為1~2nm的環(huán)孔。

C為桶板模型(barrel-stave)，有研究人員指出結(jié)合于細(xì)胞膜表面的抗菌肽相互聚集，以多聚體的形式插入細(xì)胞膜雙分子層中，因而形成一個(gè)跨膜離子通道。離子通道的形成使外界的水分子和離子等可以滲入到細(xì)胞內(nèi)部，細(xì)胞質(zhì)也可以外流。嚴(yán)重時(shí)細(xì)胞膜會(huì)崩裂導(dǎo)致細(xì)胞死亡。4.2抗菌肽干擾靶標(biāo)的能力抗菌肽除了作用于細(xì)胞膜，還可以作用于細(xì)胞內(nèi)的其他靶標(biāo)?？咕脑谶M(jìn)入細(xì)胞之后，通過(guò)與細(xì)胞內(nèi)靶標(biāo)的特異性結(jié)合干擾細(xì)胞代謝，達(dá)到抑制和殺滅細(xì)菌的目的。此理論解釋了許多抗菌肽在非常低的濃度下仍然能夠?qū)е录?xì)菌死亡的現(xiàn)象。

抗菌肽主要通過(guò)以下幾個(gè)方面在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用：1)與細(xì)胞內(nèi)的酸性物質(zhì)結(jié)合，阻斷DNA復(fù)制和RNA合成；2)影響蛋白質(zhì)的合成；3)抑制細(xì)胞壁的合成，阻礙細(xì)胞分裂；4)抑制細(xì)胞內(nèi)酶活性等。

抗菌肽對(duì)磷脂被膜的影響在細(xì)菌上取得了一定進(jìn)展,殺菌肽A結(jié)合到大腸桿菌(Escherichiacoli)膜上以后,在電子顯微鏡下可以觀察到殺菌肽A在大腸桿菌的膜上形成一個(gè)直徑9.6nm的病灶和直徑4.2nm的孔洞,并導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物外流。但各種包膜病毒對(duì)抗菌肽HNP-1的敏感性相差1000倍,似乎又說(shuō)明抗菌肽的作用不完全取決于病毒的包膜。

另外,病毒包膜來(lái)自于宿主細(xì)胞的質(zhì)膜,而宿主(真核生物)的質(zhì)膜對(duì)抗菌肽具有很強(qiáng)的抵抗力,病毒對(duì)抗菌肽的敏感性可能是因?yàn)椴《景ど洗嬖诘牟《镜鞍谆蛲庠葱粤字＝z氨酸改變了其性質(zhì),同時(shí)也不能排除抗菌肽與病毒外殼蛋白的直接作用。

此外,在對(duì)DermaseptinS4、defensins和apolipopro-teins的研究表明,抗菌肽對(duì)病毒的作用發(fā)生在病毒粒子與宿主細(xì)胞融合之前,可能是由于抗菌肽與病毒—細(xì)胞表面的磷脂結(jié)合,從而阻止病毒粒子與宿主細(xì)胞的融合。另一種推測(cè)是抗菌肽與病毒表面起接觸—融合作用的糖蛋白或宿主細(xì)胞表面的硫酸乙酰肝素葡糖胺聚糖(HS)結(jié)合,從而阻止病毒粒子與宿主細(xì)胞的融合。

蜂毒素和天蠶素僅降低HIV基因表達(dá)水平,而不影響宿主細(xì)胞的看家基因PBGD的表達(dá)以及SV40早期啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性。這表明蜂毒素可以選擇性地抑制HIV基因的表達(dá)。作為膜活性肽,蜂毒素可以通過(guò)多種渠道影響細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程,如激活磷脂酶A2、降低鈣調(diào)蛋白和蛋白激酶C的活性,進(jìn)而改變HIV轉(zhuǎn)錄刺激因子的活性和平衡,或引發(fā)類似干擾素對(duì)HIV的抑制機(jī)制。

另外,蜂毒素還可能參與HIV基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控,因?yàn)樵赪achinger等[4]的試驗(yàn)中,較大和中等分子mRNA的量遠(yuǎn)小于小分子mRNA的量。抗菌肽還可能通過(guò)模擬病毒的侵染過(guò)程發(fā)揮作用,如蜂毒素及其類似物的結(jié)構(gòu)與煙草花葉病毒衣殼蛋白的部分氨基酸序列有較高的相似性,而這部分序列在病毒顆粒組裝中與RNA和蛋白質(zhì)結(jié)合密切相關(guān),這使得蜂毒蛋白分子可以與病毒包被蛋白在與RNA結(jié)合過(guò)程中競(jìng)爭(zhēng),導(dǎo)致與其結(jié)合的RNA構(gòu)象的改變,從而不能與正常蛋白質(zhì)結(jié)合,病毒顆粒無(wú)法正常組裝。6、抗菌肽對(duì)病毒的效價(jià)和副作用抗菌肽的功能是多方面的,在我們所需的功能方面不一定有最理想的效價(jià),還可能有細(xì)胞毒性等副作用,這需要對(duì)分子進(jìn)行適當(dāng)?shù)男揎椧蕴岣咂湫r(jià)、降低或消除副作用。蜂毒素有2個(gè)規(guī)則的α雙螺旋,分別由2～11殘基和13～26殘基組成。殘基11、12將2個(gè)螺旋交聯(lián)在一起。

如果用能加強(qiáng)α雙螺旋功能的氨基酸取代原有氨基酸,如用Ala取代Pro,肽的活性則被加強(qiáng)了。如果組成α雙螺旋區(qū)域的殘基缺失,它的溶胞作用就會(huì)減弱,而如果交聯(lián)區(qū)域的殘基缺失的話,肽的溶胞作用則幾乎消失。再如用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)以抗菌肽天蠶素B為藍(lán)本,在不改變二級(jí)結(jié)構(gòu)的前提下合成了一個(gè)與一級(jí)結(jié)構(gòu)相差60%的