肖懷秋，李玉珍，林親錄，趙謀明，劉 軍，周 全

（1.湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 制藥與生物工程學(xué)院，湖南 株洲 412000；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；3.華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510641）

抗菌肽（antibacterial peptides，AMPs）是具有抗菌活性的生物活性肽，一般由10～60個(gè)氨基酸殘基組成，為雙親結(jié)構(gòu)陽(yáng)離子肽，具有熱穩(wěn)定性好、抗菌活性高、特異性強(qiáng)、哺乳動(dòng)物細(xì)胞毒性小且不易產(chǎn)生耐藥性等特性，一級(jí)結(jié)構(gòu)中的氨基端常富含親水性氨基酸，羧基端富含疏水性氨基酸，在細(xì)胞膜脂質(zhì)疏水性環(huán)境中可形成α-螺旋和β-折疊等二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象，對(duì)細(xì)菌、真菌和病毒，甚至癌細(xì)胞都有較好的抑制活性[1-2]，在生物體內(nèi)抑制致病微生物增殖、提升主動(dòng)防御及增強(qiáng)免疫等生理活動(dòng)發(fā)揮重要作用，有望成為抗菌藥物的理想替代品[3]?？咕母鶕?jù)所帶電荷不同可分為陽(yáng)離子抗菌肽和陰離子抗菌肽，根據(jù)來(lái)源不同可分為昆蟲(chóng)抗菌肽、哺乳動(dòng)物抗菌肽、兩棲動(dòng)物抗菌肽、魚(yú)類(lèi)抗菌肽及微生物抗菌肽等，按結(jié)構(gòu)不同可分為含α-螺旋結(jié)構(gòu)抗菌肽、含β-折疊結(jié)構(gòu)抗菌肽和其他結(jié)構(gòu)抗菌肽等[4-5]。近些年，由于抗菌肽特殊的抑菌機(jī)理與活性及潛在抗菌藥物替代性而備受關(guān)注并取得大量研究成果。本文簡(jiǎn)要介紹了抗菌肽分類(lèi)，綜述了抗菌肽一級(jí)結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及抗菌肽結(jié)構(gòu)改造策略，并對(duì)抗菌肽結(jié)構(gòu)改造優(yōu)化策略進(jìn)行了展望，旨在為抗菌肽結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略的選擇提供理論參考，并推動(dòng)抗菌肽的理論與應(yīng)用研究。

1 抗菌肽的分子結(jié)構(gòu)

1.1 一級(jí)結(jié)構(gòu)

抗菌肽常為含有親水性與疏水性區(qū)域的雙親結(jié)構(gòu)，其一級(jí)結(jié)構(gòu)的-NH2端富含賴(lài)氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）和組氨酸（His）等親水性氨基酸，而-COOH端常富含甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）和纈氨酸（Val）等疏水性氨基酸且被酰胺化[6]，氨基酸殘基數(shù)量一般少于100個(gè)，親水與疏水氨基酸比例及氨基酸序列呈現(xiàn)多樣化，形成完整的疏水面和親水面，有利于抗菌肽與細(xì)胞膜（脂）蛋白結(jié)合，形成跨膜通道，改變細(xì)胞膜通透性而發(fā)揮抗菌活性[4，7]。所有植物抗菌肽都富含半胱氨酸（Cys）和-S-S-鍵[8]，抗菌肽一級(jí)結(jié)構(gòu)序列中Cys和Gly含量高于非抗菌肽，天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）含量偏低[4]。抗菌肽一級(jí)結(jié)構(gòu)常不穩(wěn)定，在細(xì)胞膜脂質(zhì)疏水環(huán)境中可折疊形成特定的穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)或構(gòu)象，結(jié)構(gòu)疏水性對(duì)抑菌活性與溶血毒性有重要影響[9]。

1.2 二級(jí)結(jié)構(gòu)

1.2.1α-螺旋結(jié)構(gòu)

α-螺旋是抗菌肽最常見(jiàn)且目前研究最廣泛的二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象，含α-螺旋抗菌肽在水溶液中大多為無(wú)序狀態(tài)，當(dāng)與三氟乙醇、高于臨界膠束濃度的去污劑和表面活性劑（如十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS）、膠束和脂質(zhì)體）接觸時(shí)會(huì)形成特定α-螺旋結(jié)構(gòu)，兩個(gè)相鄰氨基酸殘基距離約為0.15 nm，相對(duì)于中心的角度約為100°（俯視），常存在脯氨酸（Pro）或Gly形成的鉸鏈區(qū)，無(wú)分子內(nèi)二硫鍵，有廣譜抗菌性，其氨基端和羧基端分別含親水性和疏水性氨基酸殘基，為雙親結(jié)構(gòu)，可通過(guò)靜電吸引結(jié)合到細(xì)胞膜脂質(zhì)疏水區(qū)發(fā)揮抑菌活性[4]，螺旋性有利于穿膜和破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，但過(guò)高螺旋性會(huì)增加細(xì)胞毒性[4，10]。α-螺旋抗菌肽結(jié)構(gòu)[11]和作用機(jī)制[12]如下：

?：（A）抗菌肽螺旋輪投影（俯視），序列中相鄰兩個(gè)氨基酸角為100°，虛線表示一級(jí)結(jié)構(gòu)中的相鄰兩個(gè)氨基酸；（B）抗菌肽的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)圖，兩個(gè)相鄰氨基酸的距離n為0.15 nm。

1.2.2β-折疊結(jié)構(gòu)

β-折疊為反平行結(jié)構(gòu)且存在分子內(nèi)二硫鍵，二硫鍵對(duì)維持抗菌肽β-折疊結(jié)構(gòu)至為關(guān)鍵[4]，能增強(qiáng)抗菌肽膜穿透性，含有由兩個(gè)反平行折疊構(gòu)成的具有較好保守性的γ-核心區(qū)域（gamma-core motif，γ-CM）[13]；含β-折疊結(jié)構(gòu)抗菌肽幾乎都含有保守且形成二硫鍵的半胱氨酸殘基，二硫鍵能增加抗菌肽的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和酶耐受性，防御素是β-折疊結(jié)構(gòu)抗菌肽典型代表[14]。

1.2.3β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)與無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)

β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)抗菌肽-COOH末端含有1個(gè)分子內(nèi)二硫鍵，-NH2端為線性結(jié)構(gòu)，也為雙親結(jié)構(gòu)，β-發(fā)夾結(jié)構(gòu)可改變細(xì)胞膜通透性而導(dǎo)致細(xì)胞壞死[4，15]。無(wú)規(guī)則卷曲抗菌肽結(jié)構(gòu)中富含Gly和Pro等氨基酸，通常不含Cys，常形成無(wú)序線性卷曲結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞質(zhì)中發(fā)揮抗菌活性，可與胞內(nèi)生物大分子結(jié)合，對(duì)脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）復(fù)制、核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）轉(zhuǎn)錄與基因調(diào)控等關(guān)鍵過(guò)程發(fā)揮重要影響，干擾胞內(nèi)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)形成及酶催化活性發(fā)揮[6]。

1.3 三級(jí)與四級(jí)結(jié)構(gòu)

抗菌肽疏水區(qū)域在特定疏水環(huán)境中可形成穩(wěn)定的三級(jí)或四級(jí)空間結(jié)構(gòu)[9]。如抗菌肽Gaegurin 4處于親水環(huán)境時(shí)不表現(xiàn)特定二級(jí)結(jié)構(gòu)，但在脂質(zhì)疏水環(huán)境時(shí)卻表現(xiàn)出了α-螺旋與β-折疊空間結(jié)構(gòu)，核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）研究發(fā)現(xiàn)，在親水性環(huán)境時(shí)沒(méi)有形成穩(wěn)定的三級(jí)空間結(jié)構(gòu)，但在三氟乙醇水溶液中和體積分?jǐn)?shù)為80%甲醇水溶液等疏水環(huán)境中表現(xiàn)出不同的三維空間結(jié)構(gòu)[16]。

2 抗菌肽結(jié)構(gòu)優(yōu)化與改造策略

2.1 改變凈正電荷數(shù)量與分布

陽(yáng)離子抗菌肽主要是因?yàn)楦缓珹rg、Lys和His等堿性氨基酸殘基，正電荷多寡能影響抗菌肽與細(xì)胞膜帶負(fù)電荷磷脂的靜電吸附力及抗菌肽抑菌濃度[17]。用精氨酸（Arg）和Lys替換Tenecin1結(jié)構(gòu)中α-螺旋區(qū)域的氨基酸殘基能增加凈電荷并顯著增強(qiáng)抗菌活性[18]；用Lys替換抗菌肽Rr-AFP2第39位谷氨酰胺（Gln）可增強(qiáng)抗菌活性，而用Gln替換44位Lys后抗菌活性降低[4]；JIANG Z Q等[19]將LV13K改造成凈電荷-5至+10的系列抗菌肽并發(fā)現(xiàn)，凈電荷-5至+8的系列抗菌肽抑菌活性隨凈電荷增加而增加，凈電荷為+8時(shí)抑菌活性最大，凈電荷增加至+10時(shí)，抑菌活性下降且溶血活性明顯增強(qiáng)?？咕钚耘c凈電荷并非簡(jiǎn)單正相關(guān)關(guān)系主要是因?yàn)閮綦姾蛇^(guò)高時(shí)，抗菌肽分子間靜電荷斥力超過(guò)抗菌肽與細(xì)胞膜磷脂的靜電吸附力，抗菌活性降低且增加細(xì)胞溶血活性。電荷和抗菌活性出現(xiàn)間接或完全反向關(guān)系可能是由于抗菌肽與磷脂頭基團(tuán)之間極強(qiáng)的相互作用阻止該肽易位到內(nèi)膜中[4]。研究發(fā)現(xiàn)，含His殘基抗菌肽表現(xiàn)pH依賴(lài)性殺菌活性，在His殘基被質(zhì)子化的酸性pH下觀察到了抗菌活性顯著提高，主要是因?yàn)樵黾涌咕牡膬綦姾赡茉鰪?qiáng)與細(xì)胞膜表面相互作用，酸性pH值產(chǎn)生類(lèi)似金屬離子的作用[20]。ZHANG S K等[21]通過(guò)置換正電荷殘基以改變凈電荷多寡及正電荷殘基分布改造抗菌肽AR-23，研究發(fā)現(xiàn)凈電荷增加能影響抗菌活性，但與正電荷殘基數(shù)量無(wú)關(guān)。因此，適當(dāng)增加抗菌肽凈電荷數(shù)量和優(yōu)化正電荷分布可提高抗菌肽的抗菌活性。

2.2 調(diào)整抗菌肽的α-螺旋度

抗菌肽氨基端形成的α-螺旋空間構(gòu)象是雙親結(jié)構(gòu)形成的重要先決條件，對(duì)抗菌活性有重要影響，用正電荷氨基酸殘基取代非極性面能消除α-螺旋度并降低溶血活性，但對(duì)抗菌活性影響較小[22]?？咕腗elittin氨基端Gly殘基替換為L(zhǎng)eu或去除能提高α-螺旋度，抗菌活性和溶血活性均有所增加[23]。GAGNON M C等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在凈正電荷和肽鏈長(zhǎng)度不變的前提下，抑菌活性隨α-螺旋度消失而降低；用D-氨基酸替換L-氨基酸能降低抗菌肽α-螺旋度并降低溶血活性，是調(diào)整抗菌肽α-螺旋度的重要策略[24]。OREN Z等[25]用D-型氨基酸替代抗菌肽melittin B的4個(gè)氨基酸殘基發(fā)現(xiàn)α-螺旋度降低了79.45%，抑菌活性不變，而動(dòng)物細(xì)胞毒性卻明顯降低；PAPO N等[26]研究發(fā)現(xiàn)，D-型氨基酸比L-氨基酸更能有效降低動(dòng)物細(xì)胞毒性和增強(qiáng)抑菌活性。但需注意，α-螺旋肽雖有利穿膜且抗菌活性較高，但螺旋性過(guò)高會(huì)增強(qiáng)細(xì)胞毒性[27]，因此，需權(quán)衡α-螺旋度與抗菌活性及細(xì)胞毒性的關(guān)系。

2.3 提高抗菌肽蛋白酶耐受性

蛋白酶耐受性是抗菌肽在生物體內(nèi)應(yīng)用的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。將抗菌肽結(jié)構(gòu)中帶正電荷的Arg用其他帶電荷的非天然氨基酸（如L-鳥(niǎo)氨酸和L-高精氨酸）或D-氨基酸取代[28]，或通過(guò)N末端乙?；柚拱彪拿富钚钥稍鰪?qiáng)抗菌肽蛋白酶穩(wěn)定性[29]。ZHAO Y Y等[30]將富含Lys的蜂毒肽抗菌肽（MPI）中所有氨基酸均用D-氨基酸取代，研究發(fā)現(xiàn)，改造后的D-MPI與MPI抗菌活性差異不顯著，且具備較好的胰蛋白酶耐受性，但制備成本極高；抗菌肽環(huán)化也能增強(qiáng)抗菌肽蛋白酶耐受性，環(huán)狀結(jié)構(gòu)和分子內(nèi)二硫鍵常賦予環(huán)化抗菌肽耐熱、耐酶解且抑菌活性高等理化性質(zhì)[31]，如人防御素二硫鍵環(huán)化可極大提高其血清穩(wěn)定性，環(huán)化過(guò)程應(yīng)注意保留α-螺旋空間結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇在i和i+4環(huán)化（第1和第4個(gè)氨基酸被環(huán)化），避免i和i+6環(huán)化[32]；擬肽是通過(guò)修飾肽鏈主側(cè)鏈骨架（如改變主鏈通過(guò)氮而非α-碳原子鍵合）增強(qiáng)消化耐受性而保留側(cè)鏈空間結(jié)構(gòu)獲得的類(lèi)似肽聚合物[33]，擬肽環(huán)化還能增強(qiáng)細(xì)胞膜滲透性和抑菌活性[34]。

2.4 改變疏水性及平均疏水矩大小

疏水性強(qiáng)弱是決定抗菌肽進(jìn)入細(xì)胞膜磷脂層和膜通透性重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，抗菌肽疏水性太低，與細(xì)胞膜脂質(zhì)親和力較弱，膜穿透性較差，相反則易造成抗菌肽自我聚集和增強(qiáng)細(xì)胞毒性及溶血活性[35]。疏水性在一定范圍內(nèi)與抑菌活性呈良好正相關(guān)關(guān)系，引入疏水基團(tuán)能拓展抗菌譜和增強(qiáng)抗菌活性，但疏水性過(guò)強(qiáng)易降低細(xì)胞選擇性和增強(qiáng)哺乳動(dòng)物細(xì)胞毒性，不宜超過(guò)50%[36]。CHEN Y X等[37]研究確定了抗菌肽V13KL對(duì)人類(lèi)紅細(xì)胞有良好抗菌活性和較低溶血活性的最佳疏水性，通過(guò)改變序列增加或降低疏水值后抗菌活性顯著降低，可能是因?yàn)榫哂休^高疏水性的抗菌肽更容易深入到紅細(xì)胞膜疏水中心[37]。平均疏水矩對(duì)抗菌活性的影響要大于螺旋度和疏水性，合理調(diào)節(jié)平均疏水矩有利于提高抑菌活性[38]。LEE K H等[39]將抗菌肽HP第16位Gln和第18位Asp用Trp替換，疏水性與抗菌活性均提高且呈良好正相關(guān)，平均疏水矩降低后，抗菌活性與溶血能力隨之降低[40]?？咕慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)應(yīng)注意疏水性和疏水矩合適取值區(qū)間，要權(quán)衡抗菌活性、抗菌譜與哺乳動(dòng)物細(xì)胞毒性的關(guān)系。

2.5 改變抗菌肽的兩親性

兩親性是指抗菌肽結(jié)構(gòu)內(nèi)親水和疏水殘基或結(jié)構(gòu)域的相對(duì)豐度，可認(rèn)為是在一級(jí)序列及空間結(jié)構(gòu)上陽(yáng)離子殘基和疏水殘基之間的平衡。普遍觀點(diǎn)認(rèn)為，增加α-螺旋抗菌肽的兩親性可增強(qiáng)抗菌活性和降低紅細(xì)胞毒性[41]，但也有研究認(rèn)為，兩親性增加會(huì)降低對(duì)紅細(xì)胞的細(xì)胞毒性[42]；β-折疊抗菌肽反向平行的β-折疊鏈也具有兩親性，通過(guò)二硫鍵形成穩(wěn)定構(gòu)象，當(dāng)從水溶液進(jìn)入細(xì)胞膜時(shí)不發(fā)生主要結(jié)構(gòu)改變，增強(qiáng)β-折疊抗菌肽的兩親性導(dǎo)致其溶血毒性增加，但對(duì)抗菌活性影響較小，表明兩親性和溶血之間存在相關(guān)性[43]，而電荷和兩親性增加的indolicidin 類(lèi)似物在抗菌活性不變的條件下卻顯示低溶血毒性[44]，因此，抗菌肽兩親性與抗菌活性及紅細(xì)胞毒性關(guān)系復(fù)雜，尚不明確。

2.6 改變氨基酸殘基位置及肽鏈長(zhǎng)度

超過(guò)50%抗菌肽首位氨基酸殘基為Gly，富含Arg和Val的抗菌肽由于和細(xì)胞膜脂質(zhì)層有較強(qiáng)的靜電吸附力而發(fā)揮良好抗菌活性，富含Arg有助于膜穿孔，富含Val有助于形成β-折疊空間構(gòu)象和抗菌活性發(fā)揮，富含Pro和Gly對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與抗菌活性發(fā)揮有重要作用[45-46]。LEE D G等[47]逐一剔除抗菌肽P1的C端和N端氨基酸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Pro是影響抗菌活性的關(guān)鍵氨基酸殘基；MISHRA A K等[48]研究富含Try的抗菌肽發(fā)現(xiàn)，Try殘基位置改變可影響抗菌活性，而改變Try殘基數(shù)對(duì)抗菌活性基本無(wú)影響；用Lys取代粘菌素序列（GIHDILKYGKPS）的His殘基會(huì)導(dǎo)致其抗菌活性降低，在N端添加Try殘基并同時(shí)用帶正電荷的Arg置換某些殘基可提高其殺菌活性[49]。合適肽鏈長(zhǎng)度也是維持抗菌肽抑菌活性重要因素[7，50]，含較多正電荷的較長(zhǎng)抗菌肽抑菌效果較好，而短鏈抗菌肽的正電荷增加其抑菌活性反而降低[51]。

2.7 構(gòu)建雜合抗菌肽

WANG L N等[52]應(yīng)用基因工程手段將attacin和thanatin融合構(gòu)建雜合肽attacin-thanatin并在大腸桿菌中成功表達(dá)，該雜合肽抗菌活性比單一attacin要高，且對(duì)豬紅細(xì)胞無(wú)任何毒性，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等也有較好抑菌活性；張宏剛等[53]構(gòu)建了雜合抗菌肽Mel-MytB并在畢氏酵母中成功表達(dá)，該雜合肽具有廣譜抗菌活性，對(duì)細(xì)菌有較強(qiáng)抑菌活性且耐熱和耐酸；KIM H K等[54]制備的雜合抗菌肽HP-ma抑菌活性是HP和magainin的2～32倍，比magainin具有更好的膜裂解活性。因此，通過(guò)構(gòu)建雜合抗菌肽是提高抗菌活性和拓寬抗菌譜的重要策略[55]。

2.8 降低哺乳動(dòng)物細(xì)胞毒性

抗菌肽常具有一定細(xì)胞選擇性，特別是陽(yáng)離子抗菌肽，主要是因?yàn)榧?xì)菌細(xì)胞膜表面含有比哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜更多的負(fù)電荷，對(duì)陽(yáng)離子抗菌肽更敏感，G-細(xì)菌外膜脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）和G+細(xì)菌肽聚糖磷壁酸等陰離子分子也可通過(guò)靜電吸附與陽(yáng)離子抗菌肽結(jié)合[56]。酸性磷脂通常位于哺乳動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)部單層中，外部單層主要由兩性離子磷脂酰膽堿和鞘磷脂構(gòu)成，帶負(fù)電荷的神經(jīng)節(jié)苷脂以次要成分存在，抗菌肽疏水表面與細(xì)胞表面上兩性離子磷脂間疏水作用起主要作用，哺乳動(dòng)物細(xì)胞中穩(wěn)定膜的膽固醇可保護(hù)免受抗菌肽攻擊[57]?？咕募?xì)胞選擇性分子機(jī)理[58]如下：

LEE H等[56]基于抗菌肽tritrpticin和indolicidin序列對(duì)細(xì)胞選擇性差且具有很強(qiáng)溶血活性的富含Trp氨基酸殘基抗菌肽進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，構(gòu)建了具有對(duì)稱(chēng)氨基酸序列的α-抗菌肽，研究發(fā)現(xiàn)，具有對(duì)稱(chēng)氨基酸序列的α-抗菌肽（α-TRAMPs）對(duì)G-和G+細(xì)菌有很強(qiáng)抑菌活性且對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞表現(xiàn)極低細(xì)胞毒性和溶血活性。天然抗菌肽通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化可降低哺乳動(dòng)物細(xì)胞毒性，如cathelicidin鉸鏈區(qū)Pro用Gly取代溶血性降低了61.54%，Leu取代后無(wú)溶血活性，結(jié)構(gòu)優(yōu)化也可降低哺乳動(dòng)物細(xì)胞毒性，特別是腎毒性[59]；添加輔助基團(tuán)也可以增強(qiáng)抗菌活性并減弱溶血活性，如在富含Try和Arg的人工合成抗菌肽氨基端接技有機(jī)金屬FcCO或RcCO能增強(qiáng)抗菌活性并降低溶血性[60]，聚乙二醇修飾也能增強(qiáng)抗菌肽組織相溶性和肺組織毒性且抗菌活性不變[61]。

2.9 制備金屬抗菌肽提升抗菌活性與拓展抗菌譜

多肽是金屬離子配位螯合通用配體，多肽主鏈肽鍵中-NH2端、-COOH端和N原子及側(cè)鏈相關(guān)基團(tuán)可與金屬離子配位螯合并增強(qiáng)抗菌活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[62-63]。如具有ATCUN基序的富組蛋白與Fe2+結(jié)合導(dǎo)致α-螺旋結(jié)構(gòu)喪失，抗真菌活性大大降低，而與Cu2+或Ni2+配位可增強(qiáng)抗真菌活性，與Zn2+配位螯合可增強(qiáng)抗菌活性[64]。鐵調(diào)素為β-折疊肽，人鐵調(diào)素25與Cu2+螯合能增強(qiáng)對(duì)金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌的抑菌活性，因?yàn)镃u2+結(jié)合可誘導(dǎo)肽構(gòu)象變化，增加肽對(duì)細(xì)胞內(nèi)靶標(biāo)的抗菌活性，螯合Fe2+也能增強(qiáng)抗菌活性[65]。與陽(yáng)離子抗菌肽作用機(jī)理不同，陰離子抗菌肽也可利用金屬配位離子與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)中帶負(fù)電荷組分形成陽(yáng)離子鹽橋而穿透膜，若抗菌肽易位于細(xì)胞質(zhì)中，還可附著在核糖體或抑制核糖核酸酶活性，如Theromyzin[66]。

3 展望

隨著結(jié)構(gòu)生物學(xué)與生物信息學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，高抑菌活性的抗菌肽構(gòu)-效關(guān)系結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)研究將成為可能?？咕慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化可圍繞以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)：（1）抗菌肽結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)修飾。天然抗菌肽常存在構(gòu)-效關(guān)系非最優(yōu)情況，如陽(yáng)離子抗菌肽雖然對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞毒副作用少且有一定細(xì)胞選擇性[36]，但結(jié)構(gòu)改造時(shí)需注意抗菌肽疏水性和疏水矩參數(shù)的優(yōu)化，疏水性太強(qiáng)易造成自我聚集和膜滲透能力減弱，且溶血活性和細(xì)胞毒性增強(qiáng)，一般抗菌肽凈正電荷保持在+4～+8較為合適，并保持合適肽鏈長(zhǎng)度，可采取氨基酸殘基替換法改變肽疏水性并控制合適凈正電荷和鏈長(zhǎng)[21]；α-螺旋肽動(dòng)物細(xì)胞毒性小且抑菌活性高，可用D-型氨基酸替代L-氨基酸構(gòu)建合適的α-螺旋度以降低細(xì)胞毒性和提高抑菌活性[6，67]；（2）獲得抗菌肽構(gòu)-效關(guān)系精準(zhǔn)生物學(xué)信息。開(kāi)展組學(xué)技術(shù)與抗菌活性構(gòu)-效關(guān)系研究，定位抗菌活性關(guān)鍵氨基殘基位點(diǎn)及空間結(jié)構(gòu)與抗菌活性的關(guān)聯(lián)，構(gòu)建抗菌肽構(gòu)-效關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，基于大數(shù)據(jù)分析抗菌肽與細(xì)胞膜、胞內(nèi)核酸與蛋白質(zhì)（酶）以及線粒體等作用機(jī)制，或用仿生模擬技術(shù)研究抗菌肽在非均相生物體系中與受體分子的作用機(jī)理、模擬生物體中胃腸耐受性及體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)，以及模擬抗菌肽在生物體內(nèi)的作用機(jī)制，獲得抗菌肽精準(zhǔn)的構(gòu)-效生物學(xué)信息[68]；（3）開(kāi)展抗菌肽耐藥機(jī)制的創(chuàng)新研究。最新研究發(fā)現(xiàn)[69]，在Phop/Q革蘭氏陰性菌等細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)可通過(guò)抗菌肽二元調(diào)控系統(tǒng)，或修飾細(xì)胞壁（膜）帶負(fù)電荷組分，或分泌誘捕陽(yáng)離子抗菌肽物質(zhì)阻止抗菌肽吸附至細(xì)胞壁膜，或分泌可降解抗菌肽的蛋白酶，或通過(guò)外排泵將抗菌肽排出胞外等耐藥機(jī)制[70]。近年來(lái)，抗菌肽研究主要以細(xì)菌細(xì)胞膜作為效應(yīng)靶點(diǎn)[71]，但長(zhǎng)期使用抗菌肽也可能存在耐藥性[72]，因此，除將細(xì)胞膜作為抗菌肽篩選效應(yīng)靶點(diǎn)外，也要考慮基于細(xì)胞壁、線粒體、胞內(nèi)生物大分子合成抑制、物質(zhì)與能量代謝關(guān)鍵酶靶點(diǎn)等開(kāi)展抗菌肽抑菌機(jī)制的系統(tǒng)研究[4]；（4）改善抗菌肽生物體內(nèi)的輸送與轉(zhuǎn)運(yùn)效能。如將抗菌肽以共價(jià)（或非共價(jià)）結(jié)合方式與輸送載體（如鈉米金、石墨烯和量子點(diǎn)等）結(jié)合，或用脂質(zhì)（或表面活性劑）包埋，或用聚合材料對(duì)抗菌肽進(jìn)行負(fù)載[73]增強(qiáng)抗菌活性與酶耐受性且降低溶血毒性與細(xì)胞毒性[74-75]，同時(shí)，開(kāi)展納米緩釋材料等抗菌肽包埋材料的研究，通過(guò)包封抗菌肽并使抗菌肽緩慢釋放可維持一定的血藥濃度，從而提升抗菌效果。