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、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。1、什么是抗菌肽抗菌肽（AMPs）是一類廣泛存在于自然界生物

20世紀(jì)80年代，由瑞典科學(xué)家Boman研究小組用蠟狀芽孢桿菌(Bacilluscereus)誘導(dǎo)惜古比天蠶(Hyalophoracecropia)后產(chǎn)生了抗菌多肽類物質(zhì)，隨后發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)抗菌肽——天蠶素(cecropins)。人們最初把這類具有抗菌活性的多肽稱為“antibacterialpeptides”,原意為“抗細(xì)菌肽”；后來(lái)發(fā)現(xiàn)其有抗真菌等微生物的作用，便改稱為“antimicrobialpeptides”,意為“抗微生物肽”。20世紀(jì)80年代，由瑞典科學(xué)家Boman研究小組用蠟狀芽孢

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。

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2、抗菌肽的來(lái)源抗菌肽根據(jù)其來(lái)源的不同通?？梢苑譃?大類，分別為來(lái)源于昆蟲、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、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2.1來(lái)源于昆蟲的抗菌肽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。2.1來(lái)源于昆蟲的抗菌肽1.cecropins：cecro

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。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

4.富含脯氨酸的抗菌肽：富含脯氨酸的抗菌肽是從哺乳動(dòng)物和昆蟲體中分離出來(lái)的，主要是抗革蘭氏陰性細(xì)菌，包括某些植物半生細(xì)菌和一些人類病原體。4.富含脯氨酸的抗菌肽：富含脯氨酸的抗菌肽是從哺乳動(dòng)物和昆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、魚類、昆蟲等多種不同生物體的組織中表達(dá)。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)2.3來(lái)源于微生物工程菌的抗菌肽由于長(zhǎng)期使用抗生素導(dǎo)致耐藥性菌株增多，人類需要尋找一種新型的抗菌劑?？咕挠兄鴱V譜抗菌活性，能快速殺死作用靶標(biāo)，它最有希望成為傳統(tǒng)抗菌素的替代品。但是實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用抗菌肽還有一定的問(wèn)題，最主要是昂貴的生產(chǎn)成本限制了抗菌肽的應(yīng)用。利用基因工程重組技術(shù)異源表達(dá)系統(tǒng)來(lái)生產(chǎn)抗菌肽是一種新模式。其中，大腸桿菌是生產(chǎn)抗菌肽良好的表達(dá)系統(tǒng)，但是這種小肽很難在這種高水平工程菌株中表達(dá)，特別是遇到毒肽類時(shí)，會(huì)對(duì)宿主菌有殺傷作用。最近有人開發(fā)利用甲基畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)來(lái)大規(guī)模表達(dá)不同來(lái)源的蛋白質(zhì)，有良好的表達(dá)效果。2.3來(lái)源于微生物工程菌的抗菌肽由于長(zhǎng)期使用抗生素導(dǎo)致耐藥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。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3、抗菌肽的結(jié)構(gòu)抗菌肽依其結(jié)構(gòu)可分為多種類型，其中Cathelicidin和Defensin為主要的類型；可將其分為5類：(1)單鏈無(wú)半胱氨酸殘基的α-螺旋，或由無(wú)規(guī)卷曲連接的兩段α-螺旋組成的肽；(2)富含某些氨基酸殘基但不含半胱氨酸殘基的抗菌肽；(3)含1個(gè)二硫鍵的抗菌多肽；3、抗菌肽的結(jié)構(gòu)抗菌肽依其結(jié)構(gòu)可分為多種類型，其中Cathe

(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)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；抗菌肽的作用機(jī)制及其抗病毒活性課件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、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，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)?？咕呐c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。4.1抗菌肽與細(xì)胞膜的相互作用抗菌肽能夠與細(xì)胞膜表面相互作抗菌肽的作用機(jī)制及其抗病毒活性課件

如圖所示，目前，常用的至少有4個(gè)模型來(lái)描述抗菌肽的作用機(jī)制。A為聚集體模型(aggregatechannel)，即抗菌肽與細(xì)胞膜上的磷脂分子結(jié)合成復(fù)合物，一旦復(fù)合物崩潰，抗菌肽就進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞膜也因受到彎曲張力導(dǎo)致細(xì)胞死亡。如圖所示，目前，常用的至少有4個(gè)模型來(lái)描述抗菌肽的作用機(jī)制

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。B為環(huán)孔模型(toroidal)，認(rèn)為聚集的抗菌肽分子是垂

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。C為桶板模型(barrel-stave)，有研究人員指出結(jié)

D為地毯模型(carpet-like)，抗菌肽先是平行排列在細(xì)胞膜上，當(dāng)數(shù)量達(dá)到一定程度時(shí)就像地毯一樣覆蓋在膜表面，以“去垢劑”的作用方式破壞細(xì)胞膜而引起細(xì)胞死亡。此模型中，地毯模型無(wú)需抗菌肽的特殊結(jié)構(gòu)，也無(wú)需形成孔道，但抗菌肽的正電荷需要分布于多肽全長(zhǎng)，且在整個(gè)過(guò)程中抗菌肽始終與脂質(zhì)頭端作用而無(wú)多肽垂直重排過(guò)程。D為地毯模型(carpet-like)，抗菌肽先是平行排列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。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

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。抗菌肽主要通過(guò)以下幾個(gè)方面在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用：5、抗菌肽的抗病毒活性抗菌肽作為一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但功能多樣、廣譜抗菌、抗病毒的分子,其作用機(jī)制也十分復(fù)雜,同一種分子可能有多種機(jī)制,但抗菌肽的抗病毒機(jī)制目前尚不清楚。多數(shù)抗菌肽對(duì)包膜病毒的滅活作用高于無(wú)包膜病毒,這似乎提示抗菌肽通過(guò)作用于病毒外殼和核殼體之間的磷脂被膜來(lái)影響其活性。5、抗菌肽的抗病毒活性抗菌肽作為一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但功能多樣、廣譜

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。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

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。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)

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。此外,在對(duì)DermaseptinS4、defensins

抗菌肽抑制病毒的另一種可能機(jī)制是抑制病毒基因的表達(dá)。Wachinger等用HIV-1體外感染T細(xì)胞和成纖維細(xì)胞,然后用蜂毒素在亞毒性濃度下處理細(xì)胞,結(jié)果顯示,HIV-1的基因mRNA和HIV長(zhǎng)末端重復(fù)序列(HIVLTR)的轉(zhuǎn)錄活性被抑制。表明這類抗菌肽不是通過(guò)降解細(xì)胞質(zhì)膜或病毒被膜來(lái)顯示抗病毒活性的。抗菌肽抑制病毒的另一種可能機(jī)制是抑制病毒基因的表達(dá)。Wac

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。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

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?？咕倪€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。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ac6、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。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

如果用能加強(qiáng)α雙螺旋功能的氨基酸取