王跨芬，劉玉輝，韓奇鵬

（1.雙牌縣動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所，湖南 永州 425200；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128）

抗菌肽是具有抗菌活性的小分子多肽（AMPs），其是機(jī)體天然免疫防御系統(tǒng)的重要組成部分。與抗生素相比，抗菌肽的抗菌能力更具有廣譜性，且對(duì)真菌、癌細(xì)胞和病毒都有一定的抵抗作用。此外，抗菌肽易被蛋白酶酶解，在動(dòng)物體內(nèi)不易殘留，不易產(chǎn)生耐藥性，是抗生素替代物研究的熱點(diǎn)之一[1]。

1 抗菌肽的分類

抗菌肽主要從昆蟲、兩棲動(dòng)物和哺乳動(dòng)物體內(nèi)獲得，其中在昆蟲體內(nèi)獲得的已經(jīng)超過200余種。GenBank中檢索發(fā)現(xiàn)抗菌肽超過1 200種，其中300余種是由昆明動(dòng)物研究所發(fā)現(xiàn)的，已從1 200種中克隆出800條cDNA序列?？咕闹饕罁?jù)來(lái)源、化學(xué)結(jié)構(gòu)與功能和三級(jí)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分類[2]。

1.1 來(lái)源

抗菌肽依據(jù)來(lái)源分為哺乳動(dòng)物抗菌肽、細(xì)菌抗菌肽、昆蟲抗菌肽、植物抗菌肽、兩棲動(dòng)物抗菌肽及軟體類、魚類、甲殼類等來(lái)源的抗菌肽。

1.1.1 哺乳動(dòng)物抗菌肽

最早發(fā)現(xiàn)的哺乳動(dòng)物抗菌肽是豬Cecropin PI。迄今為止，豬Cecropin PI有100余種被分離出來(lái)。人體內(nèi)的防御素已發(fā)現(xiàn)30余種，其中人θ-防御素、α-防御素和β-防御素等是比較常見的3類人體抗菌肽。

1.1.2 細(xì)菌抗菌肽

細(xì)菌抗菌肽是乳酸菌、大腸桿菌等細(xì)菌的細(xì)菌質(zhì)粒表達(dá)產(chǎn)生的一種代謝產(chǎn)物為細(xì)菌抗菌肽，又稱細(xì)菌素。APD數(shù)據(jù)庫(kù)中共收錄的細(xì)菌抗菌肽有119種。細(xì)菌抗菌肽根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量、結(jié)構(gòu)不同又分為熱敏感的大分子蛋白（LHLP）、熱穩(wěn)定肽（SHSP）、羊毛硫抗生素和復(fù)合型大分子復(fù)合物4類。

1.1.3 昆蟲抗菌肽

龐大的昆蟲種群是抗菌肽的主要來(lái)源。200余種抗菌肽發(fā)現(xiàn)于鞘翅目和雙翅目，其中40余種抗菌肽發(fā)現(xiàn)于家蠶中。昆蟲抗菌肽又被細(xì)分為防御素、天蠶素和富含某種氨基酸的抗菌肽等，其中研究較多的是天蠶素。

1.1.4 植物抗菌肽

植物抗菌肽是從植物中分離的最早的植物抗菌肽。其結(jié)構(gòu)和哺乳動(dòng)物防御素的結(jié)構(gòu)相似，具有真菌、細(xì)菌等多種病原[3]。

1.1.5 兩棲動(dòng)物抗菌肽

兩棲動(dòng)物抗菌肽主要分泌于兩棲動(dòng)物皮膚，其具有豐富生物活性。到目前為止，已從40多種兩棲動(dòng)物體中分離出的抗菌肽達(dá)數(shù)百種，被APD數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的有548種，其中最早發(fā)現(xiàn)的是爪蟾素，其是從非洲爪蟾中分離得到的，目前已提取出10多種。

1.1.6 其他來(lái)源的抗菌肽

除了上述來(lái)源的抗菌肽外，還有從魚類、甲殼、軟體動(dòng)物中提取的抗菌肽。其中魚分離出的抗菌肽有49種。來(lái)自鮑鰨的Pardaxin是一種含有35個(gè)氨基酸，具有兩親性的陽(yáng)離子α螺旋抗菌肽，是最早分離獲得的一種魚類抗菌肽。Pardxin的螺旋結(jié)構(gòu)和兩親性，使其具有穿過細(xì)胞膜、溶血性低和抗菌性強(qiáng)等功能特性。

1.2 化學(xué)結(jié)構(gòu)

抗菌肽根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為富含某種氨基酸的抗菌肽、含等量氨基酸的抗菌肽和不含半胱氨酸的線型抗菌肽。

1.2.1 富含某種氨基酸的抗菌肽

富含某種氨基酸的抗菌肽主要是來(lái)自果蠅、蜜蜂和牛嗜中性粒細(xì)胞。

1.2.2 含等量半胱氨酸的抗菌肽

根據(jù)所含的二硫鍵個(gè)數(shù)的多少來(lái)分類。含1個(gè)二硫鍵的有Brevinins、Bacteneci、Esculentin和Ra?nalexin等；還有2個(gè)二硫鍵的有鱟抗菌肽；從脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的含3個(gè)二硫鍵的防御素；含4個(gè)二硫鍵的植物防御素等。

1.2.3 不含半胱氨酸的線型抗菌肽

三級(jí)結(jié)構(gòu)不同，化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的抗菌肽，根據(jù)α-螺旋的有無(wú)細(xì)分為非α-螺旋型和α-螺旋型抗菌肽，昆蟲抗菌肽屬于其中之一。含高度螺旋結(jié)構(gòu)，同源型高，分子序列保守的有爪蟾素（Magainin）、蛙皮素（Temporin）和Dermasptin等抗菌肽[4]。

2 抗菌肽的功能特性

抗菌肽主要對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)、繁殖有抑制及殺傷作用。此外抗菌肽還具有殺滅真菌、病毒、原蟲、寄生蟲和癌細(xì)胞等功能，還可增強(qiáng)免疫功能。

2.1 抑菌作用

抗菌肽具有廣譜抑菌活性，其對(duì)革蘭氏陰性菌、陽(yáng)性菌及耐藥性較強(qiáng)的菌都有抑制作用。如抑制革蘭氏陰性菌生長(zhǎng)的是含有精氨酸、脯氨酸的AMPs；抑制革蘭氏陽(yáng)性菌生長(zhǎng)是含有色氨酸、半胱氨酸的AMPs[4-5]?？咕牡慕Y(jié)構(gòu)和功能關(guān)系密切，有研究指出抗菌肽可使細(xì)菌細(xì)胞膜破損，產(chǎn)生穿孔現(xiàn)象，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物流出，進(jìn)而致使細(xì)菌死亡。但不同抗菌肽的抗菌活性、抗菌機(jī)理和抗菌譜差異較大?？咕牟坏梢詥为?dú)具有抑菌效果，而且可以相互之間作用及與抗生素之間起到協(xié)同、輔助效果，并提高治療效率，拓寬抗生素的抗菌譜。

2.2 抗病毒作用

病毒通過感染生物細(xì)胞進(jìn)行自我復(fù)制。研究發(fā)現(xiàn)，人的α-防御素和虹鱒魚魚皮中的一種抗菌肽對(duì)胞內(nèi)和胞外病毒有抵抗作用。Protegrins抗菌肽可以抵抗HIV病毒，具有廣譜殺滅微生物的作用。由于抗菌肽可以抑制病毒繁殖、與病毒粒子結(jié)合、模仿病毒侵染過程和干擾病毒組裝合成等，進(jìn)而對(duì)病毒起到抵抗的作用[6]。

2.3 抗腫瘤作用

一些陽(yáng)離子抗菌肽具有廣譜殺傷腫瘤細(xì)胞的作用。由于抗菌肽具有破壞腫瘤細(xì)胞骨架，損傷腫瘤細(xì)胞染色體、DNA、細(xì)胞核，溶解腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜，破壞腫瘤細(xì)胞器，促進(jìn)免疫效應(yīng)和抑制腫瘤血管生成等重要作用[7]。研究表明，抗菌肽對(duì)肝癌細(xì)胞、膀胱癌細(xì)胞和宮頸癌細(xì)胞均有殺滅效果[4]。抗菌肽在不損傷正常細(xì)胞的前提下，可特異性抑制腫瘤細(xì)胞，為抗癌藥物的研發(fā)提供了新思路。

2.4 抗真菌作用

研究表明，某些真菌對(duì)人類有一定的危害的作用。而線肽素、天蠶素、蝎血素、果蠅抗菌肽、貽貝素等抗菌肽對(duì)真菌有抵抗作用[8]?？咕牡目拐婢钚允苷婢膶?、種及孢子狀態(tài)等影響[9]。抗菌肽可以與細(xì)胞內(nèi)線粒體、核酸等細(xì)胞器作用，破壞細(xì)胞膜表面，阻止、破壞細(xì)胞壁合成等。

2.5 抗蟲作用

熱帶疾病中很多是由寄生蟲引起的，對(duì)人體和動(dòng)物體都造成一定的危害。近年來(lái)，隨著抗生素的大劑量使用，導(dǎo)致細(xì)菌耐藥性增加，因此迫切需要尋找新的健康、無(wú)殘留的治療藥物。有研究表明，抗菌肽對(duì)抑制寄生蟲傳播疾病和治療宿主感染等方面有一定的作用效果。例如，蛔蟲體內(nèi)分離出的抗菌肽能殺死利什曼鞭毛蟲及shiva-1能殺死瘧原蟲[10-11]。

2.6 免疫調(diào)節(jié)作用

抗菌肽遇到入侵的外界病原體時(shí)，易產(chǎn)生非特異性免疫應(yīng)答產(chǎn)物，因此對(duì)免疫功能有一定的調(diào)節(jié)作用?？咕目商岣邫C(jī)體抗感染力、促進(jìn)免疫細(xì)胞增殖、調(diào)節(jié)免疫因子的和激活特異性免疫反應(yīng)等作用[12]?？咕南装Y是在細(xì)胞趨化因子、中性粒細(xì)胞趨化因子、抑制蛋白激酶C和促使細(xì)胞凋亡等各自功能協(xié)調(diào)發(fā)揮的條件下完成的[13]?？咕目梢酝ㄟ^刺激上皮細(xì)胞移動(dòng)與增殖及傷口處細(xì)胞的分裂增殖，促進(jìn)傷口愈合[4]。

3 抗菌肽抗菌機(jī)制

抗菌活性是抗菌肽生物功能的主要體現(xiàn)。研究表明，抗菌肽可選擇性結(jié)合細(xì)菌外膜，使細(xì)胞膜形成空洞，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和內(nèi)離子等胞內(nèi)容物外流，致使細(xì)菌死亡?？咕呐c細(xì)菌的作用過程主要分為吸引和吸附兩種方式。

3.1 抗菌肽與細(xì)菌的作用方式

3.1.1 吸引

抗菌肽與細(xì)胞膜作用，是由抗菌肽疏水性和電荷性質(zhì)相互吸引。細(xì)胞膜上帶負(fù)電荷的物質(zhì)有革蘭氏陽(yáng)性菌的磷壁酸、革蘭氏陰性菌的脂多糖（LPS）和賴氨酸酰磷脂酰甘油等。

抗菌肽主要通過靜電引力與細(xì)菌膜相互吸引，是因?yàn)榭咕谋砻嬉话銕У氖钦姾蒣14]。研究表明，抗菌肽對(duì)LPS的親和力比Ca2+、Mg2+等二價(jià)陽(yáng)離子高，因此更易結(jié)合LPS，競(jìng)爭(zhēng)性的部分取代細(xì)胞膜上二價(jià)陽(yáng)離子，但抗菌肽不能夠殺死真核細(xì)菌，因?yàn)檎婧思?xì)菌細(xì)胞膜表面為電中性。同時(shí)抗菌肽的疏水氨基對(duì)細(xì)菌脂膜有一定的吸引作用[15]。

3.1.2 吸附

決定多肽與細(xì)菌磷脂膜緊密結(jié)合的是分布在抗菌肽兩側(cè)的疏水性氨基酸，從而使細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)分子和磷脂分子結(jié)構(gòu)發(fā)生紊亂[16]?？咕耐瓿膳c細(xì)胞膜結(jié)合后，會(huì)形成穩(wěn)定的三級(jí)結(jié)構(gòu)。α螺旋多肽是其中重要的一個(gè)代表，由于間斷的疏水性氨基酸的存在，促使其余脂膜結(jié)合后，形成α螺旋。帶正電荷的氨基酸側(cè)鏈，會(huì)與磷酸集團(tuán)之間發(fā)生靜電作用，使兩者能緊密結(jié)合在一起；疏水性氨基酸的側(cè)鏈中存在大量的π電子云系統(tǒng)，進(jìn)而促進(jìn)其與脂膜結(jié)合。

3.2 抗菌肽與細(xì)菌細(xì)胞膜的結(jié)合過程

根據(jù)吸附過程中多肽的作用方式不同，可以分成“地毯”模型、“木桶”模型和“環(huán)形孔洞”模型等[17]。3種模型本質(zhì)類似，而作用細(xì)節(jié)和程度有所不同。其都是通過抗菌肽吸附的方式，聚集在細(xì)胞膜上，超過閾值后，對(duì)細(xì)胞膜造成損害。研究表明，“地毯”模型的前一個(gè)階段、極端結(jié)果是“環(huán)形孔洞”?？锥丛诙鄶?shù)情況下是導(dǎo)致內(nèi)容物等外泄引起死亡，而“地毯”模型是多肽和磷脂基團(tuán)始終結(jié)合在一起，一直到裂解后，最后導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

此外，還存在一些非膜作用機(jī)制，主要是通過與細(xì)菌內(nèi)靶點(diǎn)作用，而致使細(xì)菌死亡，不需要經(jīng)過膜作用。主要有抑制生物大分子合成、酶的活性和代謝功能等[18-19]。

4 抗菌肽在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

抗菌肽在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在提高動(dòng)物生產(chǎn)性能、改善動(dòng)物生產(chǎn)品質(zhì)、防治動(dòng)物疾病和增加動(dòng)物免疫能力等方面。

4.1 提高動(dòng)物生產(chǎn)性能

研究表明，日糧中添加適量的外源性抗菌肽可有效調(diào)高飼料利用率，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，進(jìn)而提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。以肉雞為試驗(yàn)動(dòng)物，飲水添加（60～120 mg·kg-1）或直接灌服（0.001 mg·mL-1）等方式下，進(jìn)行日增重和飼料轉(zhuǎn)化率的檢測(cè)分析。結(jié)果表明，添加天蠶素等抗菌肽可有效提高肉雞的生產(chǎn)性能[20-21]。此外，在哺乳母豬日糧中添加天蠶素 400 mg·kg-1得到上述同樣的結(jié)論[22]。

4.2 改善動(dòng)物生產(chǎn)品質(zhì)

研究表明，在新西蘭兔的日糧中添加適量的抗菌肽，可有效提高全凈膛率，延遲肌肉pH下降，保持肉質(zhì)新鮮度，進(jìn)而提高新西蘭兔的屠宰性能和改善肉品質(zhì)[23]。在蛋雞日糧中添加不同濃度的抗菌肽，可明顯提高雞蛋蛋黃相對(duì)重和產(chǎn)蛋量[24]。此外，抗菌肽還可以提高蘆花雞的胸肌硒含量、肌肉纖維密度和胸肌錳含量等功效[25]。

4.3 防治動(dòng)物疾病

具有廣泛功能特性的抗菌肽，不會(huì)使細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性，無(wú)毒害作用及無(wú)殘留，對(duì)寄生蟲、細(xì)菌和病毒等有強(qiáng)烈的抑制作用，在畜禽養(yǎng)殖中得到廣泛應(yīng)用。研究表明，豬小腸抗菌肽可有效抑制雞白痢沙門氏菌C79-13株、大腸桿菌C83845株和綠膿桿菌ATCC27853等11種細(xì)菌[26]。在仔豬日糧中添加適量的抗菌肽，可有效改善斷奶應(yīng)激引起的腹瀉，可有效降低大腸桿菌菌群數(shù)量和抑制乳酸菌的作用[27]。此外，分離東北林蛙抗菌肽進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其對(duì)H9N2病毒有一定的抑制效果[28]。

4.4 增加動(dòng)物免疫能力

抗菌肽對(duì)動(dòng)物免疫系統(tǒng)有一定提高作用。研究表明，家蠅幼蟲抗菌肽（2 000～3 000 mg·kg-1）添加到蝦的日糧中，可以提高蝦血清抗氧化能力，進(jìn)而說(shuō)明抗菌肽可以有效增強(qiáng)蝦的免疫能力[29]。在雛雞飲水中適量添加非洲鴕鳥皮膚抗菌肽，可有效提高雛雞抗病能力[30]。

5 小結(jié)

20世紀(jì)90年代至今，作為抗生素藥物替代品之一的抗菌肽，一直備受關(guān)注。但由于抗菌肽的作用機(jī)制無(wú)法應(yīng)用物理化學(xué)的方法進(jìn)行系統(tǒng)描述，進(jìn)而影響了抗菌肽作為新型藥物的設(shè)計(jì)與廣泛應(yīng)用。雖然抗菌肽來(lái)源廣且具有廣譜的抑菌活性，但仍然沒有得到廣泛應(yīng)用。因此需要進(jìn)一步的研究，從而促使抗菌肽能夠充分發(fā)揮其特性與潛能。

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