抗菌肽的临床应用

apple12151007 · 发表于 2010-8-5 14:59:16

　　抗菌肽是生物细胞特定基因编码、经特定外界条件诱导产生的一类多肽，具有分子量小、热稳定、杀菌范围广、作用机制独特等特点。另外，抗菌肽还具有明显的对真菌、病毒、原虫的杀伤作用，同时又可以促进伤口的愈合(可能是加速了创伤处细胞的分裂增殖)，能攻击肿瘤细胞而对正常细胞没有作用。更令人惊喜的是，这些作用的结果不会象抗生素一样使致病菌的抗药性随抗菌肽的使用而有所增加。因为抗生素的抗菌作用一般是作用于特殊的受体或酶，细菌容易通过变异对抗生素产生抗性，而抗菌肽在抗菌时一般没有特殊的受体，抗菌肽一般是通过物理作用造成细胞膜的穿孔而达到广谱抗菌的效果，所以抗菌肽的使用不容易产生抗性菌和交叉抗性;而且在病原菌感染时，用抗生素治疗实际上对机体是有害的，因为它能刺激内毒素的释放，有时还会造成脓毒休克，但使用抗菌肽则无此现象，而且抗菌肽还能抑制细菌产物诱导产生对人体有害的细胞因子。
　　到目前为止，无论是在抗菌肽的基础研究还是在后续的人工克隆、临床应用等方面都已取得了很大的成绩，笔者主要将抗菌肽的一些基本的、独特的性质及功能介绍如下。
　　一、抗菌肽的分类
　　目前，抗菌肽的分类还比较复杂，没有统一的标准。本文就对目前大家普遍比较认可的几种分类方式做一概述。
　　(一)根据抗菌肽对不同病原体的作用分
　　根据抗菌肽对细菌、真菌及肿瘤细胞的作用不同，可将抗菌肽分为抗细菌肽、抗真菌肽、抗肿瘤肽、既抗真菌又抗细菌的抗菌肽、既抗肿瘤又抗微生物的抗菌肽等。
　　(二)根据抗菌肽的结构分
　　根据结构可将抗菌肽分为两性分子α-螺旋的抗菌肽、含有-S-S-的抗菌肽、富含Pro的抗菌肽、富含Gly的抗菌肽。
　　(三)根据抗菌肽的来源分
　　根据来源可将抗菌肽分为哺乳动物抗菌肽、昆虫抗菌肽、植物抗菌肽、细菌抗菌肽、病毒抗菌肽等。
　　二、生物活性
　　抗菌肽是一种非特异性免疫分子，同时也是体液免疫防卫系统中的重要成员，在抵御外来病原体致病过程中起重要作用。据最近的研究表明，抗菌肽对癌细胞、病毒、细菌、真菌、原虫具有广泛的杀菌活性。同时抗菌肽还具有高效性。Nordeen Ro等曾研究了抗菌肽对SB37对9种植物病原菌的抗菌活性，其对这些细菌的致死浓度在0.1~4.5摩尔/升之间。也可能正是抗菌肽的这种高效性，使抗菌肽的抗菌作用是非特异性的。
　　三、抗菌机理
　　目前，国内外对抗菌肽的抗菌机理仍有不同看法，但大家都认可的是抗菌肽是直接作用于肿瘤细胞或细菌的质膜结构，引起胞内水溶性物质大量渗出，从而导致肿瘤细胞和细菌死亡，这种机理在最近的研究中也得到了证实。抗菌分子的结构特征是保证这种机理发挥作用的中药基础。这种胞膜攻击作用的机理是通过两亲性α-螺旋上正电荷与细菌细胞质膜磷脂分子上负电荷之间的静电吸引而结合聚集在质膜上，随后抗菌肽分子中的疏水段C段(酰胺基)α-螺旋插入到疏水的细菌细胞膜中央，使抗菌肽在质膜表面聚集，形成“栅桶式”结构式或“毯式”结构，从而打乱了质膜上蛋白质和脂质原有的排列秩序，使得膜外正电荷增多，超过值时导致膜去极化，造成膜损伤。“栅桶式”结构是多个抗菌肽分子形成的离子通道，导致阳离子外流，最后细菌失去保护，不能保持正常的渗透压而死亡，这种结构含有更多的α-螺旋。
　　而“毯式”结构则是通过其疏水的氨基酸残基和细胞膜亲和而造成膜损伤，以这种方式作用的抗菌肽分子多含有β——折叠结构。虽然这种机理现已被认为是抗菌肽杀菌的最基本机理，但在2000年Fridrch通过对细胞膜的穿孔机理和杀菌动力进行研究，发现当有90%或甚至更多的细菌被杀死后，膜孔的形成仍不完全，据此他们认为细胞膜通透性增加不是抗菌肽唯一的作用机理。随着研究的深入，人们发现了抗菌肽其它的具有抗菌效果的作用方式。
　　四、基因工程研究
　　抗菌肽的天然产量低，合成或从机体中提取步骤复杂、产率低、价格相当昂贵，利用基因工程技术生产的抗菌肽具有重要意义。这样获得的抗菌肽与天然的有所差别，但其抗菌活性相差不大。目前，在该领域应用的方法主要有以下几种：
　　首先是利用差异显示技术对进行诱导和未进行诱导基因的差异表达进行研究，可得到一些新的抗菌肽类相关基因，这是关于基因分离、表达研究的较新的方法。Kim等就利用差异显示技术分离到了一种新抗菌肽Enbocin。他们用大肠杆菌感染加餐幼虫，构建cD-NA文库，后以α-32pATP标记，选出感染的与未感染的家蚕差异DNA克隆，在基因文库中用λDASH试剂选出阳性克隆，酶切、测序，得到Enbocin基因序列。据此设计引物从昆虫细胞rnRNA 进行RT-PCR扩增，再将此扩增片断导入克隆载体与表达载体，最后用Northern biot、尿素-SDS-PAGE可证实并检测到Enbocin的表达，在国内，刘振义、屈贤铭也利用该方法成功得到了长度为241bp的片段，该片段可能在昆虫免疫反应中扮演重要角色。其次是采用融合表达的方法，该方法是将抗菌肽基因与另外一种基因连接起来，共同构建成融合基因，并克隆到表达载体上，最后在经诱导、切割而得到抗菌肽基因表达的蛋白。
　　五、应用前景
　　随着对抗菌肽的研究日益深入，其独特的抗菌作用已引起人们的高度重视。尤其它不会象抗生素一样产生耐药性，并且作用具有高效性，这样就使抗菌肽在开发一种新的抗生素及其困难的情况下倍受人们的青睐。当然由于抗菌肽几乎存在于每一种生物中，所以它的应用也绝不仅仅局限于某一领域。以下就是对抗菌肽在各个领域中的应用的概述。
　　1.药用领域
　　鉴于抗菌肽在抗肿瘤、抗局部感染、抗寄生虫等多方面的独特工程，人们对于利用抗菌肽来生产新型抗菌药物的研究已经不再仅仅是抗细菌方面，其它方面也进行的如火如荼。如：乳链菌肽、源于马盖宁的MSI-78及源于protegin的IB-367，用于治疗局部感染，目前已进入临床试验阶段。对于抗菌肽能抑杀对二甲氧基苯青霉素产生耐药性的金黄色葡萄球菌，及对万古霉素产生耐药性的肠道球菌和绿脓杆菌;indolicidin可抵御 aspergillus真菌感染等。另外，乳链菌肽在低PH下可用于抗幽门螺杆菌造
　　成的胃溃疡，还可以用于阻抑多种耐药菌的生长。
　　2.畜牧业领域
　　仔猪腹泻、奶牛乳房炎及各种病毒性疾病如猪瘟、鸡新城疫等一直是棘手的疾病，不利于畜牧业的发展。我们借鉴已成功的抗菌肽转基因工程，如转基因虾子、转基因马铃薯、转基因水稻等，可以把特异的抗菌肽基因转入畜禽特定细胞让其表达，从而产生抗病新品种。温刘发等曾利用蚕类抗菌肽制剂饲喂断奶仔猪的试验结果表明，蚕抗菌肽可在一定程度上减轻断奶仔猪的腹泻程度。
　　另有研究表明，抗生素添加剂的使用严重破坏了肠道的微生物平衡，并易在动物体内残留，严重影响了畜产品的品质和人类的健康。用基因工程方法生产的环保型抗菌肽饲料添加剂，或者通过日龄因素调控抗菌肽基因的表达而达到畜产品无抗素化很好的解决了上述问题，这也是抗菌肽在畜牧业上最直接的应用。
　　3.农业领域
　　抗菌肽在农业上的应用主要有两个方面，一是取代或部分取代目前饲养动物所用的抗生素，减少动物喂养之中对抗生素的依赖，减少抗生素通过食物链的传播和对人类的威胁;二是通过转基因技术将广谱抗菌肽基因导入植物体内，增加动植物对各种病原菌的抵抗能力。目前这些研究大都在植物中进行，并已经取得了很大的成果。
　　六、小结
　　从上面抗菌肽的各个方面尤其是在药用方面可以看出，抗菌肽有很广阔的发展前景和作为一类新药开发的潜力，但是要使这一愿望得以实现，还有很多的困难需要克服。首先是抗菌肽的提存问题，由于天然抗菌肽的含量一般都较小，它的提取和存放都比较困难，虽然现在可以用化学合成和基因工程的方法获得抗菌肽，但这势必增加药物的成本。因此，如何提高抗菌肽的生产效率、降低成本是应用抗菌肽必须解决的问题，其次是基因工程生产中的表达载体问题，由于大部分抗菌肽对表达载体有害，这样只能是抗菌肽以融合蛋白的形式表达，但这又无疑增加了后续工作的难度;再次是抗菌肽的稳定性和免疫反应问题，由于目前有关抗菌肽药动学、药效学方面的研究还比较少，大多数的试验只适用于局部治疗，要使抗菌肽真正的应用于临床，还要解决好它的毒性、稳定性、免疫原性、应用方法、药物制剂等方面的问题。最后是与传统抗生素相比，某些抗菌肽的抗菌活性还不够理想，这就需要结合抗菌肽活性与结构的关系有目的地对其进行改造和设计。另外，对于抗菌肽的作用机理还需要进一步的研究与探索，这样可以使我们更好的利用和改造抗菌肽，使之能尽快的应用于临床。
　　综上所述，虽然抗菌肽还存在很多的不足之处以及没有解决的问题，但我们有理由相信，抗菌肽依其与众不同的各种性质和独特的杀菌机理一定能在生物药用领域发挥其应有的作用，也必将为人类的健康产生深远的影响。