賈艷麗 仇燕
摘 要:隨著抗生素副作用的日益凸顯,以及其被批準(zhǔn)數(shù)量的逐年下降,研發(fā)功能相似且不易產(chǎn)生耐藥性的其他活性物質(zhì)迫在眉睫??咕木哂袕V譜抗菌性、熱穩(wěn)定性,作用機(jī)理獨(dú)特,既能起到體內(nèi)抗病菌感染、促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡的作用,還可作為抗病毒化療劑和醫(yī)療器械的抗菌材料。系統(tǒng)綜述了抗菌肽的抗菌機(jī)制,及其在醫(yī)藥領(lǐng)域抑制抗耐藥菌的產(chǎn)生、抗癌以及抗病毒感染的作用,闡明了抗菌肽存在的穩(wěn)定性、溶血性及毒性等問題,并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。指出今后可在以下方面對(duì)抗菌肽展開深入研究:1)結(jié)合體內(nèi)抑菌機(jī)制進(jìn)行研究,推動(dòng)抗菌肽的開發(fā)應(yīng)用;2)通過替換、修飾氨基酸殘基,合成雜合肽,優(yōu)化抗菌肽結(jié)構(gòu),提高其活性,降低毒副作用并預(yù)防耐藥性的產(chǎn)生;3)利用抗菌肽傳遞系統(tǒng)或抗菌肽與綠色天然提取物聯(lián)合作用,提高抗菌活性和生物利用度。
關(guān)鍵詞:多肽與蛋白質(zhì)生物化學(xué);抗菌肽;抗菌機(jī)制;醫(yī)藥應(yīng)用;抗生素
中圖分類號(hào):Q71;R978.1?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1008-1542(2021)01-0067-08
抗生素在疾病的預(yù)防和治療、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提升、食品及醫(yī)藥安全等方面發(fā)揮了積極作用,但傳統(tǒng)抗生素的廣泛應(yīng)用,產(chǎn)生的機(jī)體過敏反應(yīng)、耐藥及多重耐藥性(multi-drug resistance,MDR)菌株等問題,造成了抗生素的低效性。近年來,抗生素的副作用日益凸顯,并且批準(zhǔn)數(shù)量呈逐年下降的趨勢(shì),因此研發(fā)功能相似且不易產(chǎn)生耐藥性的其他活性物質(zhì)迫在眉睫??咕模╝ntimicrobial peptides,AMPs)作為抗生素的一個(gè)“新家族”,具有低耐藥、低致敏、低毒性等優(yōu)點(diǎn),將抗菌肽與抗生素聯(lián)合作用可顯著降低抗生素耐藥性的產(chǎn)生,成為國(guó)內(nèi)外動(dòng)物和人類醫(yī)學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)、飼料(食品)學(xué)和免疫學(xué)等研究領(lǐng)域開發(fā)的熱點(diǎn)。
抗菌肽又稱抗菌生物肽或肽抗菌素,是機(jī)體先天性免疫系統(tǒng)的主要成分之一,可對(duì)感染進(jìn)行及時(shí)有效的非特異性防御[1]。最初認(rèn)為細(xì)胞膜是抗菌肽作用于病原體唯一的靶點(diǎn),近年來,細(xì)胞壁和胞內(nèi)組分被證明也是抗菌肽作用的重要靶點(diǎn)。與傳統(tǒng)抗生素相比,“新型抗生素”(抗菌肽)具有廣譜抗菌性、熱穩(wěn)定性且作用機(jī)理獨(dú)特等特征,在抗真菌、免疫調(diào)節(jié)、抑殺癌細(xì)胞、抗病毒和抗寄生蟲等方面有顯著作用[2]。因此,抗菌肽的抗菌機(jī)制和多種生物活性,使其有望成為解決耐藥菌、癌癥及病毒感染等問題的理想物質(zhì),在醫(yī)藥領(lǐng)域具有很大的開發(fā)應(yīng)用前景。
1?抗菌肽簡(jiǎn)介
抗菌肽多為陽離子型,帶+2—+9個(gè)凈電荷,分子質(zhì)量一般小于10 kD。其N端富含Arg,Lys等親水性氨基酸,C端富含Ala,Val等疏水性氨基酸,形成兩親性分子結(jié)構(gòu)??咕淖鳛樗拗鞣烙?,幾乎存在于所有生物體內(nèi)。目前,從哺乳動(dòng)物、兩棲動(dòng)物、海洋動(dòng)物、昆蟲、植物和微生物等生物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)3 000多種抗菌肽,其中約76.11%來源于動(dòng)物[3-6](見表1)。
2?抗菌肽的抗菌機(jī)制
抗菌肽與抗生素的抗菌機(jī)制存在差異,前者主要為肽的吸引、附著、插入與定向[18]。早前有報(bào)道帶正電荷的抗菌肽結(jié)合細(xì)胞膜中帶負(fù)電荷的磷脂是唯一的殺菌機(jī)制,最近越來越多研究表明抗菌肽結(jié)合細(xì)胞壁或胞內(nèi)組分的非膜靶點(diǎn)可直接殺死病原體[19]。此外,抗菌肽還可參與體內(nèi)免疫調(diào)節(jié),間接發(fā)揮抑菌作用[7]。
2.1?膜靶向機(jī)制
抗菌肽與細(xì)胞膜的靜電結(jié)合是對(duì)抗入侵病原體的首要和關(guān)鍵步驟之一。隨著肽分子的增多,結(jié)合細(xì)胞膜的靜電吸引和滲透作用加強(qiáng),之后肽分子在膜表面自由橫向擴(kuò)散和預(yù)組裝??咕牟迦爰?xì)胞膜后,肽的疏水面結(jié)合非極性脂酰鏈區(qū)域,而親水面則保持與極性脂質(zhì)頭和水相接觸,形成孔洞或裂解細(xì)胞膜[18]??咕钠茐募?xì)胞膜的方式有2種作用模型:跨膜孔模型和非孔模型,前者在膜上形成“桶-板”型或“環(huán)孔”型孔洞破壞細(xì)胞膜,后者在膜表面形成“地毯”裂解脂質(zhì)雙分子層[20](見表2)??咕牡陌邢蜃饔煤湍P鸵妶D1。
1)桶-板模型(barrel-stave model)?兩親性肽分子(α-螺旋或β-折疊)以單體結(jié)合膜表面,達(dá)到一定閾值濃度形成多聚體,垂直插入膜疏水核心[2],肽鏈的疏水面與脂質(zhì)雙分子層非極性脂酰鏈作用,親水面形成孔隙內(nèi)側(cè)且長(zhǎng)度應(yīng)與脂質(zhì)雙分子層厚度相同,形成短暫的“桶-板”型孔洞(見圖1 a))。
2)環(huán)孔模型(toroidal pore model)?抗菌肽在細(xì)胞膜表面形成α-螺旋垂直插入脂質(zhì)雙分子層,導(dǎo)致雙分子層內(nèi)小葉間的彎曲形成瞬態(tài)孔隙。肽鏈嵌在親水和疏水界面,與脂質(zhì)雙分子層頭部排列在孔內(nèi)側(cè)(始終相互作用)(見圖1b))。相關(guān)研究表明,以胞內(nèi)成分為靶點(diǎn)的抗菌肽,可能通過“環(huán)孔”型孔洞進(jìn)入胞內(nèi),短暫孔隙破壞膜的屏障作用,造成跨膜電位損失[2]。
3)毯式模型(carpet model)?短鏈肽分子平行排列于膜表面,肽鏈的積累引起雙層膜兩小葉間的張力,當(dāng)抗菌肽超過閾值濃度,以表面活性劑的方式向內(nèi)裂解細(xì)胞膜,解體的細(xì)胞膜形成脂微膠粒[26-27](見圖1 c))。毯式模型與環(huán)孔模型相似,肽作用過程中始終與脂質(zhì)頭保持接觸,但不需要插入膜疏水核心,也無需形成穿膜孔洞。
除以上3種常見模型,SINHA等[28]提出的凝集模型(見圖1 d)),是一種與膜成孔方式截然不同的作用模型。凝集模型(agglutination model)是陽離子肽與革蘭氏陰性菌外膜脂多糖或革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁肽聚糖結(jié)合形成的膠束復(fù)合物,誘導(dǎo)細(xì)菌細(xì)胞凝集且肽分子不滲透細(xì)胞膜,凝集細(xì)胞易被吞噬,防止有毒物質(zhì)的釋放。dermcidin(DCD)和cathelicidin(LL-37)與膜結(jié)合是比上述作用方式更為復(fù)雜的2種抗菌肽。ZETH等[29]的模擬實(shí)驗(yàn)表明,DCD在溶液中組裝成一個(gè)六聚體預(yù)通道復(fù)合物后再與膜整合,并非之前認(rèn)為通過簡(jiǎn)單的桶-板模型發(fā)揮作用。XHINDOLI等[27]認(rèn)為L(zhǎng)L-37通過環(huán)孔模型與膜結(jié)合發(fā)揮作用,而ZETH等[29]認(rèn)為L(zhǎng)L-37在細(xì)胞膜上形成纖維狀的超分子結(jié)構(gòu)(低聚物,纖維樣結(jié)構(gòu)可能是一個(gè)中間狀態(tài)),進(jìn)一步組裝成結(jié)構(gòu)未知的跨膜孔隙,與之前報(bào)道的環(huán)孔模型存在偏差。
在過去的幾十年里,人們利用模型膜系統(tǒng)對(duì)抗菌肽與膜相互作用進(jìn)行了廣泛研究,并在此基礎(chǔ)上建立了幾種肽-膜相互作用模型。由于細(xì)菌膜的復(fù)雜性,抗菌肽與整個(gè)細(xì)菌膜的作用機(jī)制可能會(huì)有所不同。BOIX-LEMONCHE等[30]利用diSC3(5)和PI熒光染料結(jié)合的快速熒光微板試驗(yàn),研究gramicidin D 和melittin分別對(duì)金黃色葡萄球菌(Staphylococcu saureus)和表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)膜的影響。結(jié)果顯示:gramicidin D形成離子通道且只導(dǎo)致diSC3(5) 快速增加,隨著肽濃度的下降,結(jié)合動(dòng)力學(xué)變慢,證實(shí)2種菌均因膜的去極化而死亡;melittin可形成短暫孔隙,在亞抑菌濃度下只有PI熒光強(qiáng)度增加,在殺菌濃度下diSC3(5)和PI 2種熒光強(qiáng)度同時(shí)增加,表明膜滲透是抑菌過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
總之,抗菌肽的膜靶向抗菌機(jī)制可通過多種作用模型進(jìn)行描述,且不同抗菌肽會(huì)以不同的作用模型產(chǎn)生殺菌作用。目前僅通過簡(jiǎn)單的人工膜系統(tǒng)描述其殺菌機(jī)制,并不能清楚地反映抗菌肽在體內(nèi)等復(fù)雜環(huán)境條件下的活性及抑菌狀況,因此需要通過大量的體內(nèi)試驗(yàn)確定其抑菌機(jī)制,進(jìn)一步推動(dòng)抗菌肽的開發(fā)和應(yīng)用。
2.2?非膜靶向機(jī)制
2.2.1?抑制或破壞細(xì)胞壁形成
抗菌肽通過抑制脂質(zhì)Ⅱ,Ⅲ及Ⅳ(細(xì)胞壁合成的前體分子)的合成直接抑制細(xì)胞壁的形成,還可以引發(fā)細(xì)胞釋放自溶酶,裂解肽聚糖從而破壞細(xì)胞壁,抗菌肽nisin, subtilin, gallidermin和bacitracin等抑制細(xì)胞壁的合成[31]。蛋白質(zhì)組學(xué)和Western blot分析顯示,合成六肽MP196, gramicidin S和bac8c(富含Arg, Try富含陽離子的短肽)作用于細(xì)菌后,造成呼吸作用和細(xì)胞壁生物合成所必需的外周膜蛋白離域化,限制細(xì)胞能量,破壞細(xì)胞壁的完整性[32]。
2.2.2?影響胞內(nèi)大分子作用
在不造成膜損傷情況下,抗菌肽轉(zhuǎn)至胞內(nèi)結(jié)合胞內(nèi)大量的陰離子分子或細(xì)胞器,影響胞內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)的合成與功能、酶的活性及產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng),導(dǎo)致細(xì)胞死亡。
1)影響核酸、蛋白的合成與功能?兩棲動(dòng)物抗菌肽buforin Ⅱ以胞內(nèi)成分為靶點(diǎn)穿透細(xì)胞膜,高度依賴與H2A組蛋白N端區(qū)域的互補(bǔ)性與DNA和RNA結(jié)合,其功能被抑制,導(dǎo)致細(xì)胞快速死亡[33]。HE等[34]研究發(fā)現(xiàn)抗菌肽TO17進(jìn)入胞內(nèi)穿透金黃色葡萄球菌細(xì)胞質(zhì),誘導(dǎo)基因組DNA和總RNA降解。bac與細(xì)菌的內(nèi)膜靶蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)體SbmA結(jié)合后,通過細(xì)菌內(nèi)化作用進(jìn)入胞內(nèi),抑制70S核糖體的蛋白合成,并與分子伴侶DnaK相互作用,抑制伴侶蛋白的折疊[35]。MARDIROSSIAN等[36]發(fā)現(xiàn)富含Pro的抗菌肽tur1A,tur1B與bac7的抑菌機(jī)制相似,通過結(jié)合核糖體抑制蛋白合成。
2)抑制酶活性及能量代謝?BRAFFMAN等[37]報(bào)道了microcin J2和capistruin結(jié)合革蘭氏陰性菌胞內(nèi)RNA聚合酶,抑制RNA聚合酶活性并影響細(xì)菌轉(zhuǎn)錄。兩棲動(dòng)物α-螺旋抗菌肽aurein,citropin 1.1和dermaseptin影響大腸桿菌(Escherichia coli)細(xì)胞膜上ATP酶的活性??咕膅ramicidin S可誘導(dǎo)參與外周細(xì)胞分裂調(diào)節(jié)因子MinD、脂質(zhì)Ⅱ生物合成蛋白MurG和細(xì)胞色素c離域化,用其處理枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)后,會(huì)造成細(xì)胞膜中磷脂合成酶PlsX,MurG和細(xì)胞色素c(無ATP合酶)等完全脫落,ATP合成受阻影響能量代謝[38-39]。
3)破壞細(xì)胞器?富含His的抗菌肽進(jìn)入真菌胞內(nèi)與線粒體相互作用,造成ATP外流,阻礙線粒體的呼吸和磷脂大分子的氧化,最終導(dǎo)致線粒體膜和質(zhì)膜的損傷,觸發(fā)核苷酸的外流,最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡[40]。
4)產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)?WANG等[41]研究了美拉德反應(yīng)衍生肽的水解產(chǎn)物對(duì)大腸桿菌的影響,結(jié)果表明,在短肽HGM-Hp1和HGM-Hp2誘導(dǎo)作用下,胞外和胞內(nèi)H2O2的量顯著增加,且胞內(nèi)H2O2量的積累可能是肽觸發(fā)ROS途徑,導(dǎo)致氧化應(yīng)激產(chǎn)生抑菌作用,首次報(bào)道了美拉德反應(yīng)衍生肽的水解產(chǎn)物可能通過誘導(dǎo)胞內(nèi)產(chǎn)生H2O2發(fā)揮抗菌作用。
抗菌肽的膜靶向和非膜靶向等多靶點(diǎn)作用模式是細(xì)菌不易對(duì)其產(chǎn)生耐藥性的主要原因,兩者可以聯(lián)合發(fā)揮作用。KO等[42]認(rèn)為天然多肽pleurocidin在生理鹽濃度下對(duì)耐藥金黃色葡萄球菌仍有抑菌活性,通過去極化實(shí)驗(yàn)、碘化丙鈉攝取實(shí)驗(yàn)和DNA結(jié)合實(shí)驗(yàn)表明,pleurocidin破壞細(xì)胞膜的完整性進(jìn)入胞內(nèi)與DNA結(jié)合從而殺死細(xì)菌,結(jié)晶紫染色和顯微鏡觀察可知,低濃度pleurocidin對(duì)生物膜具有抑制和清除作用。arenicin-3是一種新型抗菌肽,能夠與革蘭氏陰性菌的外膜和細(xì)胞膜結(jié)合并破壞其完整性,轉(zhuǎn)移至胞內(nèi)抑制蛋白質(zhì)合成,arenicin家族對(duì)多種耐多藥革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌均有殺菌作用,具有很大的臨床應(yīng)用潛力[2]。因此,細(xì)胞膜不再是抗菌肽作用于病原體唯一的靶點(diǎn),抗菌肽還作用于細(xì)胞壁和胞內(nèi)核酸、蛋白、酶以及細(xì)胞器等抑制胞內(nèi)關(guān)鍵過程,導(dǎo)致病原體代謝受阻從而造成細(xì)菌死亡。針對(duì)抗菌肽胞內(nèi)靶點(diǎn)機(jī)制的研究,可預(yù)防病原體對(duì)其產(chǎn)生耐藥性。
2.3?參與免疫調(diào)節(jié)機(jī)制
抗菌肽不僅可以直接殺死細(xì)菌,還以間接作用方式通過參與不同的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)發(fā)揮抗菌活性,誘導(dǎo)細(xì)胞因子分泌并招募巨噬細(xì)胞、誘導(dǎo)合成促炎因子、減少內(nèi)毒素引起的炎癥反應(yīng)以及調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫等能夠增強(qiáng)機(jī)體的抗感染能力[7,40]。
綜上所述,抗菌肽靜電結(jié)合細(xì)胞膜后形成“桶-板型”、“環(huán)孔型”孔洞或“毯式”裂解細(xì)胞膜等導(dǎo)致其滲透性增強(qiáng),細(xì)胞內(nèi)容物溢出,最終導(dǎo)致病原體死亡;抗菌肽靶向細(xì)胞壁、結(jié)合胞內(nèi)生物大分子物質(zhì)或細(xì)胞器,影響細(xì)胞的呼吸、滲透調(diào)節(jié)、肽聚糖和脂質(zhì)合成、ATP生成等,造成必需的離子和代謝物溢出。此外,抗菌肽還可通過參與體內(nèi)免疫調(diào)節(jié)作用間接發(fā)揮抗菌活性??傊?,抗菌肽有多種作用機(jī)制且作用靶點(diǎn)豐富,致使病原菌難以產(chǎn)生耐藥性,大大降低了使用風(fēng)險(xiǎn),有望成為替代抗生素的新一代抗菌藥物。
3?抗菌肽在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用
近年來,抗菌肽的多種生物活性逐漸得到確認(rèn),其抗細(xì)菌、抗真菌、免疫調(diào)節(jié)、抗癌細(xì)胞、抗病毒和抗寄生蟲等作用在醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
3.1?抗菌作用
抗菌肽的廣譜抗菌性,不僅針對(duì)革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌,還抑制真菌分生孢子和菌絲的生長(zhǎng)。合成肽brilacidin可作為靜脈注射制劑,治療革蘭氏陽性菌引起的皮膚感染(NCT02052388)以及用于頭頸癌患者放射性口腔黏膜炎的口腔沖洗(NCT02324335),目前已分別完成Ⅱ期臨床試驗(yàn),Cellceutix公司和FDA(Food and Drug Administration)均批準(zhǔn)將brilacidin推進(jìn)到Ⅲ期臨床試驗(yàn)[2]??咕膔BPI 21對(duì)革蘭氏陰性菌表現(xiàn)出極強(qiáng)的殺菌活性,正在進(jìn)行Ⅲ期臨床試驗(yàn)用于治療腦膜炎[43]。arenicin-3(專利號(hào)WO2011070032 A1)正被開發(fā)用于治療由革蘭氏陰性菌引起的獲得性肺炎和尿路感染[2]。Novexatin NP21和HXP124應(yīng)用于指甲真菌感染,已分別完成Ⅱb和Ⅱa期臨床試驗(yàn)[3]。FDA和EMEA(European Agency for the Evaluation of Medicinal Products)已批準(zhǔn)將抗真菌感染的抗菌肽caspofungin,anidulafungin和micafungin等用于治療全身性念珠菌血癥和念珠菌病[44]。RIORDAN等[45]報(bào)道了一種將人類防御肽附著于醫(yī)院器械鋼鐵表面的優(yōu)良抗菌材料,可用于醫(yī)療保健領(lǐng)域,預(yù)防感染傳播。
3.2?免疫調(diào)節(jié)作用
作為天然免疫的重要介質(zhì),抗菌肽是先天免疫和適應(yīng)性免疫的橋梁,在免疫反應(yīng)的不同階段具有多種功能。抗菌肽在治療慢性炎癥中發(fā)揮作用,促進(jìn)輔助性T細(xì)胞增殖和T細(xì)胞趨化因子的產(chǎn)生,增加體內(nèi)抗體IgG的水平,促進(jìn)巨噬細(xì)胞的凋亡,激活淋巴細(xì)胞清除受感染的細(xì)胞??咕膮⑴c急性感染相關(guān)的宿主防御,誘導(dǎo)細(xì)菌裂解,促進(jìn)巨噬細(xì)胞前期的吞噬作用并防止擴(kuò)散感染,刺激成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞有絲分裂,促進(jìn)成纖維細(xì)胞的生長(zhǎng),加速傷口愈合[7,40]。宿主防御肽LL-37用于治療慢性傷口感染(如小腿潰瘍),已開始臨床探索[26]。MANKO-PRYHODA等[46]報(bào)道了采用抗菌肽治療感染十二指腸賈第蟲(Giardia duodenalis)和腸道致病性大腸埃希菌(Escherichia coli EPEC)的小鼠,研究表明,體內(nèi)的鼠防御素-3和三葉肽因子-3表達(dá)水平提高,減輕了小鼠疾病的嚴(yán)重程度。
3.3?抗癌作用
癌細(xì)胞膜中少量磷脂酰絲氨酸外化、陰離子糖蛋白(黏蛋白、蛋白聚糖)在癌細(xì)胞中過表達(dá)、外膜總負(fù)電荷增多、膽固醇含量降低和微絨毛增加,導(dǎo)致陽離子抗菌肽能夠與其特異性結(jié)合[25]??咕倪€可以干擾癌細(xì)胞的能量代謝,抑制細(xì)胞增殖,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和周期阻滯[47]。研究發(fā)現(xiàn),抗菌肽對(duì)肺癌、乳腺癌、前列腺癌、胰腺癌、黑色素瘤、膀胱癌、卵巢癌和白血病等均有作用。LEWIES等[47]發(fā)現(xiàn)抗菌肽通過負(fù)向影響能量代謝,降低黑素瘤細(xì)胞的侵襲、增殖和轉(zhuǎn)移(糖酵解和線粒體呼吸),增加活性氧的產(chǎn)生,引起細(xì)胞凋亡。非洲爪蟾皮膚分泌的抗菌肽magainin,用其開發(fā)的抗菌肽藥品MAI278已接近完成Ⅲ期臨床試驗(yàn),可把宿主防御肽變成一種新型的抗菌治療藥物,用于治療腫瘤細(xì)胞和病毒感染[48],抗菌肽temporins(專利號(hào)WO2014003537 A1)可用于治療癌癥[10]。
3.4?其他作用
抗菌肽能結(jié)合病毒包膜、抑制基因表達(dá)、阻止病毒增殖以及擾亂病毒的組裝程序等發(fā)揮抗病毒活性[3]??咕膶?duì)艾滋病毒HIV、單純胞疹病毒HSV、乙肝病毒HBV、丙肝病毒HCV和乙型腦炎病毒JEV等多種病毒均有抑制作用[7]。epinecidin-1是對(duì)抗乙型腦炎病毒JEV的滅活疫苗,還是對(duì)抗神經(jīng)壞死病毒的化療劑[43]。temporins具有較強(qiáng)的抗耐藥利什曼原蟲活性的作用,能有效殺死細(xì)胞內(nèi)的寄生蟲而不對(duì)宿主巨噬細(xì)胞產(chǎn)生毒性,這些小分子肽是一類具有開發(fā)治療潛力的新型抗寄生蟲藥物。
目前抗菌肽因穩(wěn)定性、溶血性及毒性等問題,主要用于局部皮膚,且多處于臨床試驗(yàn)階段。2種抗菌肽的結(jié)合或抗菌肽序列結(jié)構(gòu)的修飾,可改善抗菌肽毒性及溶血性問題??咕慕M裝體作為功能藥物載體,在傳遞藥物和生物活性分子時(shí)能夠減少臨床醫(yī)療過程中病菌感染[49]。此外,傳遞系統(tǒng)(聚合物凝膠、各種無機(jī)納米材料、自組裝體系)作為抗菌肽和其他生物大分子藥物的載體,可應(yīng)對(duì)各種環(huán)境刺激(離子強(qiáng)度、pH值、溫度等),提高其生物活性、生物利用度和靶向特異性,克服溶血性并降低細(xì)胞毒性等,已成為藥物循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)[50]。NORDSTRM等[51]研究了納米凝膠和抗菌肽結(jié)合的影響因素,將可降解陰離子樹突狀納米凝膠(DNG)作為L(zhǎng)L-37和DPK-060的載體。肽和DNGs肽均引起膜的不穩(wěn)定,兩者抗菌活性相當(dāng),當(dāng)DNGs肽濃度為100 μmol/L(高濃度)時(shí),顯示出對(duì)紅細(xì)胞的低毒性作用。
4?結(jié)?語
抗菌肽作為一種小分子新型“抗生素”,其多種抗菌機(jī)制比傳統(tǒng)的抗生素具有顯著優(yōu)勢(shì)。近年來,針對(duì)抗菌肽的結(jié)構(gòu)、活性以及作用機(jī)制方面的研究不斷深入,在作用過程中如何發(fā)揮抗菌肽的活性并應(yīng)用于醫(yī)藥臨床尚存在以下問題。
1)膜作用模型與抗菌肽體外靶向結(jié)合研究不能完全清楚地反映抗菌肽在體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境條件下的活性與抑菌狀況,需結(jié)合體內(nèi)抑菌機(jī)制加以研究,推動(dòng)抗菌肽的開發(fā)應(yīng)用。
2)抗菌肽的安全性(毒性、溶血性)和穩(wěn)定性(包括抗菌肽在體內(nèi)半衰期、酶解穩(wěn)定性、鹽敏感性)是醫(yī)藥領(lǐng)域開發(fā)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)。有報(bào)道表明,延長(zhǎng)抗菌肽的暴露時(shí)間,可通過替換氨基酸殘基、修飾或雜合肽優(yōu)化抗菌肽結(jié)構(gòu),提高其活性,降低毒副作用并預(yù)防耐藥性的產(chǎn)生。
3)傳遞系統(tǒng)作為抗菌肽的藥物循環(huán)載體,尚處于研發(fā)的早期階段,需進(jìn)一步了解肽分子、載體材料和環(huán)境等在抗菌肽與傳遞載體結(jié)合過程中的各項(xiàng)指標(biāo),提高整體性能。利用抗菌肽的廣譜抗菌性與綠色天然提取物中的抗菌活性物質(zhì)聯(lián)合作用,提高其抗菌活性和生物利用度,降低耐藥性、細(xì)胞毒性和溶血性已成為研究熱點(diǎn)。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)、生物信息學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、基因工程等學(xué)科的發(fā)展,抗菌肽的構(gòu)效關(guān)系和作用機(jī)制將會(huì)得到逐漸闡明,也會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)抗菌肽的廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)/References:
[1]?WANG Shuai, ZENG Xiangfang, YANG Qing, et al.Antimicrobial peptides as potential alternatives to antibiotics in food animal industry[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2016, 17(5): 603-614.
[2]?CIUMAC D, GONG Haoning, HU Xuzhi, et al. Membrane targeting cationic antimicrobial peptides[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2019, 537: 163-185.
[3]?MOOKHERJEE N, ANDERSON M A, HAAGSMAN H P, et al.Antimicrobial host defence peptides: Functions and clinical potential[J]. Drug Discovery, 2020,19(5): 311-332.
[4]?許曉燕,夏嬙.昆蟲抗菌肽免疫調(diào)控作用及機(jī)制研究進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報(bào),2020,33(7):771-776.
XU Xiaoyan, XIA Qiang. Progress in immunomodulatory effects and their mechanisms of insectantimicrobial peptides[J]. Journal of Medical Postgraduates, 2020, 33(7): 771-776.
[5]?TANG S S, PRODHAN Z H, BISWAS S K, et al. Antimicrobial peptides from different plant sources: Isolation, characterisation, and purification[J]. Phytochemistry, 2018, 154: 94-105.
[6]?SIVAKAVALLI J, JAMES A, PARK K, et al.Purification of WAP domain-containing antimicrobial peptides from green tiger shrimp Peaneaus semisulcatus[J].Microbial Pathogenesis, 2020,140: 103920.
[7]?MORAVEJ H,MORVAEJZ,YAZDANPARAST Z, et al.Antimicrobial peptides: features, action, and their resistance mechanisms in bacteria[J].Microbial Drug Resistance, 2018,24(6): 747-767.
[8]?JEONG J H, KIM M, KIM Y. NMR structural studies and mechanism of action of lactophoricin analogs as antimicrobial peptides[J].Biochimicaet BiophysicaActa(BBA)-Biomembranes,2020,1863(1):183469.
[9]?RAHEEM N, KUMAR P, LEE E, et al.Insights into the mechanism of action of two analogues of aurein 2.2[J].Biochimicaet Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes,2020.doi:10.1016/j.bbamem.2020.183262.
[10]LADRAM A.Antimicrobial peptides from frog skin biodiversity and therapeutic promises[J].Frontiers in Bioscience,2016,21(7):1341-1371.
[11]陳選,陳旭,韓金志,等.海洋魚源抗菌肽的研究進(jìn)展及其在食品安全中的應(yīng)用前景[J/OL].食品科學(xué).[2020-07-22]. https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20200722.1456.156.html.
CHEN Xuan, CHEN Xu, HAN Jinzhi, et al.Research Progress and Application Prospect of Antimicrobial Peptides From Marine Fish in Food Safety[J/OL]. Food Science.[2020-07-22].https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20200722.1456.156.html.
[12]LI Tingting,LIU Quanwei, WANG Dangfeng, et al.Characterization and antimicrobial mechanism of CF-14, a newantimicrobial peptide from the epidermal mucus of catfish[J]. Fish & Shellfish Immunology,2019,92: 881-888.
[13]AN Mingyu,GAO Jie, ZHAO Xiaofan, et al.A new subfamily of penaeidin with an additional serine-rich region from kuruma shrimp (Marsupenaeus japonicus) contributes to antimicrobial and phagocytic activities[J].Developmental & Comparative Immunology,2016, 59: 186-198.
[14]BANDEIRA P T,VEMAL J,MATOS G M, et al.A Type Ⅱ acrustin from the pink shrimp Farfantepenaeus paulensis(crusFpau) is constitutively synthesized and stored by specific granule-containing hemocyte subpopulations[J].Fish & Shellfish Immunology,2020,97:294-299.
[15]ZHANG Heqian, CHENG Wenzhi, ZHENG Libing, et al.Identification of a group D anti-lipopolysaccharide factor (ALF) from kuruma prawn (Marsupenaeus japonicus) with antibacterial activity against vibrio parahaemolyticus[J].Fish & Shellfish Immunology,2020, 102: 368-380.
[16]BRADY D,GRAPPUTO A,ROMOLI O, et al.Insect cecropins, antimicrobial peptides with potential therapeutic applications[J].International Journal of Molecular Sciences, 2019,20(23): 5862.
[17]楊雪.家蠅兩種新型抗菌肽基因muscin和domesticin的鑒定[D].保定:河北大學(xué),2015.
YANG Xue. Identification of Two New Antibacterial Peptides, Muscinand Domesticn, in Musca Domestica[D]. Baoding: Hebei Univer-sity, 2015.
[18]SHAHMIRI M,ENCISO M,MECHLER A.Controls and constrains of the membrane disrupting action of aurein 1.2[J].Scientific Reports,2015,5:16378.
[19]PFALZGRAFF A,BRANDENBURG K,WEINDL G.Antimicrobial peptides and their therapeutic potential for bacterial skin infections and wounds[J].Frontiers in Pharmacology,2018,9:281.
[20]HOURI A J,MECHLER A.Mechanism of action of the antimicrobial peptide caerin 1.1[J].Chemistry Select, 2020, 5: 5895-5902.
[21]CESPEDES G F,LORENZN E N,VICENTE E F,et al.Mechanism of action and relationship between structure and biological activity of Ctx-Ha:A new ceratotoxin-like peptide from
Hypsiboas albopunctatus[J].Protein and Peptide Letters,2012,19(6):596-603.
[22]FALANGA A, LOMBARDI L, FRANCI G, et al. Marine antimicrobial peptides: Nature provides templates for the design of novel compounds against pathogenic bacteria[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2016, 17(5): 785-797.
[23]HARTMANN M,BERDITSCH M,HAWECKER J,et al.Damage of the bacterial cell envelope by antimicrobial peptides gramicidin S and PGLa as revealed by transmission and scanning electron microscopy[J].Antimicrobial Agents and Chemotherapy,2010,54(8):3132-3142.
[24]TOKE O. Antimicrobial peptides: new candidates in the fight against bacterial infections[J]. Peptides Science, 2005, 80(6): 717-735.
[25]ROBERT , LEFVRE [AKT·], FILLION M, et al.Mimicking and understanding the agglutination effect of the antimicrobial peptide thanatinusing model phospholipid vesicles[J]. Biochemistry, 2015, 54(25): 3932-3941.
[26]BAXTER A A, LAY F T, POON I K H, et al. Tumor cell membrane-targeting cationic antimicrobial peptides: novelinsights into mechanisms of action and therapeutic prospects[J]. Cellular and Molecular Life Sciences, 2017, 74(20): 3809-3825.
[27]XHINDOLI D,PACOR S,BENINCASA M,et al.The human cathelicidin LL-37:A pore-forming antibacterial peptide and host-cell modulator[J].Biochimica et BiophysicaActa,2016,1858(3):546-566.
[28]SINHA S,ZHENG L Z,MU Y G,et al.Structure and interactions of A host defense antimicrobial peptide thanatin in lipopolysaccharide micelles reveal mechanism of bacterial cell agglutination[J].Scientific Reports,2017,7(1):17795.
[29]ZETH K,SANCHO-VAELLO E.The human antimicrobial peptides dermcidin and LL-37 show novel distinct pathways in membrane interactions[J].Frontiers in Chemistry,2017,5:86.
[30]BOIX-LEMONCHE G, LKKA M, SKERLAVAJ B. A rapid fluorescence-based microplateassay to investigate the interaction of membrane active antimicrobial peptides with whole Gram-positive bacteria[J]. Antibiotics, 2020, 9(2): 92-107.
[31]OMARDIEN S,BRUL S,ZAAT S A J.Antimicrobial activity of cationic antimicrobial peptides against gram-positives:Current progress made in understanding the mode of action and the response of bacteria[J].Frontiers in Cell and Developmental Biology,2016,4:111.
[32]WENZEL M,CHIRIAC A I,OTTO A,et al.Small cationic antimicrobial peptides delocalize peripheral membrane proteins[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2014,111(14):E1409-E1418.
[33]BONDARYK M, STANISZEWSKA M, ZIELINSKA P, et al. Natural antimicrobial peptides as inspiration for design of a new generation antifungal compounds[J]. Journal of Fungi, 2017, 3(3): 46-81.
[34]HE S W,WANG G H,YUE B,et al.TO17:A teleost antimicrobial peptide that induces degradation of bacterial nucleic acids and inhibits bacterial infection in red drum,Sciaeno psocellatus[J].Fish & Shellfish Immunology,2018,72:639-645.
[35]CARDOSO M H, MENEGUETTI B T, COSTA B O, et al. Non-Lytic antibacterial peptides that translocate through bacterial membranes to act on intracellular targets[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20(19): 4877-4899.
[36]MARDIROSSIAN M,PRBASKINE N,BENINCASA M,et al.The dolphin proline-rich antimicrobial peptide Tur1A inhibits protein synthesis by targeting the bacterial ribosome[J].Cell Chemical Biology,2018,25(5):530-539.
[37]BRAFFMAN N R, PISCOTTA F J, HAUVER J, et al.Structural mechanism of transcription inhibition by lasso peptides microcin J25 and capistruin[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019,116(4): 1273-1278.
[38]BERDITSCH M, AFONIN S, REUSTER J, et al. Supreme activity of gramicidin S against resistant, persistent and biofilm cells of Staphylococci and Enterococci[J].Scientific Reports, 2019, 9(1): 1-15.
[39]BERDITSCH M,AFONIN S,STEINEKER A,et al.Fermentation and cost-effective 13C/15N labeling of the nonribosomal peptide gramicidin S for nuclear magnetic resonance structure analysis[J].Applied and Environmental Microbiology,2015,81(11):3593-3603.
[40]LEI Jun, SUN Lichun, HUANG Siyu,et al. The antimicrobial peptides and their potential clinical applications[J].American Journal of Translational Research, 2019, 11(7): 3919-3931.
[41]WANG Jiaxing,WEI Rongbian,SONG Ru.Novel antibacterial peptides isolated from the maillardreaction products of half-fin anchovy (Setipinna taty) hydrolysates/glucose and their mode of action in Escherichia coli[J]. Marine Drugs, 2019, 17(1): 47-64.
[42]KO S J,KANG N H,KIM M K,et al.Antibacterial and anti-biofilm activity,and mechanism of action of pleurocidin against drug resistant Staphylococcus aureus[J].Microbial Pathogenesis,2019,127:70-78.
[43]LAKSHMAIAH N J,CHEN J Y.Antimicrobial peptides:Possible anti-infective agents[J].Peptides,2015,72:88-94.
[44]RAUTENBACH M,TROSKIE A M,VOSLOO J A.Antifungal peptides:To be or not to be membrane active[J].Biochimie,2016,130:132-145.
[45]RIORDAN L, SMITH E F, MILLS S, et al.Directly bonding antimicrobial peptide mimics to steel and the real world applications of these materials[J]. Materials Science and Engineering, 2019, 102: 299-304.
[46]MANKO-PRYHODA A, ALLAIN T, MOTTA J P, et al.Giardia spp. promote the production of antimicrobial peptides and attenuate disease severity induced by attaching and effacing enteropathogens via the induction of the NLRP3 inflammasome[J]. International Journal for Parasitology,2020, 50(4): 263-275.
[47]LEWIES A,WENTZEL J F,MILLER H C,et al.The antimicrobial peptide nisin Z induces selective toxicity and apoptotic cell death in cultured melanoma cells[J].Biochimie,2018,144:28-40.
[48]燕曉翠,楊春蕾,姚大為,等.抗菌肽的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,23(5):35-41.
YAN Xiaocui,YANG Chunlei,YAO Dawei,et al.Research progress on domestic and abroad of antibacterial peptides[J].Tianjin Agricultural Sciences,2017,23(5):35-41.
[49]周欣宇,周春才.抗菌肽及類抗菌肽的設(shè)計(jì)、合成及應(yīng)用[J].化學(xué)進(jìn)展,2018,30(7):913-920.
ZHOU Xinyu, ZHOU Chuncai. Design, synthesis and applications of antimicrobial peptides and antimicrobial peptide-mimetic copolymers[J]. Progress in Chemistry, 2018, 30(7): 913-920.
[50]NORDSTRM R, NYSTRM L, ILYAS H, et al. Microgels as carriers of antimicrobial peptides:Effects of peptide PEGylation[J]. Colloids and Surfaces A, 2019, 565: 8-15.
[51]NORDSTRM R, ANDREN O C J, SINGH S, et al. Degradable dendritic nanogels as carriers for antimicrobial peptides[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2019, 554:592-602.