生物技术药物进展课程论文-抗菌肽的研究与其在药物中的应用.doc

专业文献综述题 目: 姓 名: 学 院: 专 业: 班 级: 学 号: 指导教师: 职称: 抗菌肽的研究与其在药物中的应用摘要：抗菌肽是由生物体产生的具有特定空间结构的小分子多肽，是机体免疫系统的重要组成部分，对于细菌、真菌、病毒等致病物质有着较好的抑制作用。与传统抗生素相比，抗菌肽具有不同的杀菌机制，不会损害机体的正常细胞，也不容易使致病菌产生抗药性。因此抗菌肽作为一种新型抑菌药物有着很好的应用前景。本文介绍了抗菌肽的来源、作用机理以及在医疗中的应用。关键词：抗菌肽；来源；作用机理；药物Research of antimicrobial peptidesand its application in medicineChen RuilongAbstract:Antibacterial peptide is a kind of bioactive peptide produced by the organism ,which is an important part of the immune system.Antibacterial peptides has a good inhibitory effect on bacteria、fungi、viruses and other material that can make us ill.Compared with antibiotic,the antibacterial peptide has the new bacteriostatic mechanisms and it wont hurt the organism .Besides that,it is not easy to produce drug resistance.So antibacterial peptide has a good application prospec as a new antibacterial drugs.this article will introduce the source of the antimicrobial ,action mechanism and application in medical treatment.Key ward：Antibacterial peptide； source； mechanism；drug一、背景 抗菌肽是由生物体产生的一种免疫活性物质，对多种致病菌有着抑制作用。一般来说抗菌肽是由基因编码产生的一些小肽，通常为3060个氨基酸，溶解性好，低抗原性，稳定性好，低耗能，易吸收，高流动性。二十世纪八十年代，瑞典科学家boman发现了第一个抗菌肽天蚕素1。迄今为止已经有1500多种抗菌肽相继被发现2。近年来随着抗生素的大量使用，出现了高耐药性的大量菌株，对于治疗疾病产生了很大的困扰。因此人们把目光投向了抗菌肽这一类对细菌同样有着生物活性的免疫物质，对抗菌肽的作用机制、药物疗效和安全性进行了研究。本文对抗菌肽的来源、作用机理以及在药物中的应用进行了介绍。二、抗菌肽的来源 现在抗菌肽可以从大量生物体中分离出来，总体上有四个主要的来源：昆虫、 动物、 微生物基因工程菌的抗菌肽以及人工合成的抗菌肽。1来源于昆虫的抗菌肽 昆虫种类繁多，对各种环境有着很好的适应和抵御能力。当他们自身受到微生物的感染或者伤害时，机体的免疫系统触发，脂肪体会产生抗菌肽3，通过体液运输到相应位置发挥免疫作用。这些抗菌肽主要可分为： cecropins、 防御素、 富含脯氨酸的多肽、 富含甘氨酸的多肽及溶菌酶4，他们具有不同的氨基酸序列和抗菌功能。2来源于动物的抗菌肽 动物是生态系统的重要组成部分，免疫系统更为完善，它们在受到外界微生物感染和伤害时也会产生抗菌肽。抗菌肽起初是在无脊椎动物动物中发现的，随后在脊椎动物中也有发现， 这些肽显示出多样的序列结构和特异性的靶标。基因编码的抗菌肽能够在哺乳动物、 两栖动物、 鱼类、 昆虫等多种不同生物体的组织中表达5。3来源于微生物工程菌的抗菌肽 从自然界分离抗菌肽需要花费大量的时间与精力，而且其产量远远无法满足使用需求，因此，近年来人们开始在微生物工程菌中表达从自然界中分离出来的抗菌肽基因，希望能够用微生物工程菌来大量生产抗菌肽6。微生物工程菌具有发酵周期短、生长环境简单、便于控制等多种优点。所以微生物工程菌培养已经成为抗菌肽的一个重要来源。但是在表达过程中出现的宿主毒性、表达后的稳定性等问题还有待解决与优化。4人工合成抗菌肽 随着科学的进步，直接合成抗菌肽也成为了一种可行的办法。这种抗菌肽性质稳定，且可以大量稳点的生产，因此也具有很好的应用前景。三、抗菌肽的作用机制 抗菌肽具有很强的生物活性。抗菌肽基本上对革兰氏阳性菌有着很好的抑制作用7，还有一些对革兰氏阴性菌甚至是真菌都有着很好的抑制作用8。除此之外抗菌肽可用于防止携带寄生虫的昆虫宿主对疾病的传播。有些抗菌肽可以有效地杀死寄生于人类或动物体内的寄生虫9。抗菌肽对于一些有膜机构的病也有着很好的抑制作用。近年来研究表明一些抗菌肽对于对于肿瘤也有着很好的抑制，表现在作用溶解肿瘤细胞膜 破坏细胞内线粒体对细胞 DNA 造成损伤、破坏细胞骨架、促进机体免疫效应、诱导细胞凋亡、抑制肿瘤血管生成等10。但是抗菌肽的作用机理目前还没有完全研究清楚。有的学者认为，抗菌肽是通过与细胞膜作用，引起膜蛋白的凝聚、失活，形成离子通道，引起膜通透性改变最后导致细菌死亡。有的学者提出，抗菌肽是通过与细胞膜上存在的特异性受体及其他因子协同作用而导致细菌死亡11。1抗菌肽与膜的作用机制 抗菌肽能够与细胞膜表面相互作用，使膜的通透性改变。阳离子抗菌肽的正电荷区域与细胞膜上的负电荷区域相互作用，使抗菌肽分子的疏水端插入细胞膜的脂质膜中，进而改变脂质膜结构。抗菌肽与细胞膜作用后形成跨膜电位，打破酸碱平衡，影响渗透压平衡， 抑制呼吸作用，最终导致细胞膜破碎，内容物流出，导致细胞死亡，总之抗菌肽与膜的相互作用直接关系到抗菌肽的抗菌活性12。与膜作用主要有着四种模型:聚集体模型(aggregate channel)、 环孔模型( toroidal)、桶板模型( barrel-stave)、地毯模型( carpet-like)。（1）聚集体模型 在抗菌肽与细胞膜结合之后，抗菌肽和细胞膜上的物质组合成复合物，借此抗菌肽可以进入到细胞内，与此同时破坏了细胞膜的结构，引起了细胞的死亡。（2）环孔模型 聚集的抗菌肽分子是垂直嵌入到细胞膜上，其疏水区的位移可以使细胞膜疏水中心形成裂口，引发磷脂单分子层向内弯曲，形成一个直径为12 nm 的环孔。该环形孔的形成及易位决定于抗菌肽与脂类的比率, 抗菌肽浓度太高时由于其正电荷侧链静电排斥作用导致孔稳定性降低。有研究报道, 当脂类与 mellitin 的比率达到50 时, 有直径 2.5 nm3.0 nm 的孔的形成, 另外当该比率增加时, 孔的直径随之增加。（3）桶板模型有研究人员指出结合于细胞膜表面的抗菌肽相互聚集， 以多聚体的形式插入细胞膜双分子层中， 因而形成一个跨膜离子通道。离子通道的形成使外界的水分子和离子等可以渗入到细胞内部， 细胞质也可以外流。严重时细胞膜会崩裂导致细胞死亡（4）地毯模型抗菌肽先是平行排列在细胞膜上，当数量达到一定程度时就像地毯样覆盖在表面，以“去垢剂”的作用方式破坏细胞膜而引起细胞死亡132抗菌肽干扰靶标的能力 抗菌肽除了作用于细胞膜,还可以与细胞内的其他物质特异结合而发挥作用。抗菌肽在与细胞接触后进入细胞， 通过与细胞内靶标的特异性结合干扰细胞代谢，达到抑制和杀灭细菌的目的14。具体来说主要通过以下几个方面在细胞内发挥作用: (1) 与细胞内的酸性物质结合，阻断DNA 复制和RNA 合成; (2) 影响蛋白质的合成; (3) 抑制细胞壁的合成，阻碍细胞分裂;( 4) 抑制细胞内酶活性(5)影响细胞器的功能等四抗菌肽在药物中的应用 抗菌肽具有抑制多种细菌真菌的生长、抑制病毒的传播与扩散、潜在的抗肿瘤活性、以及能加速机体免疫和伤口愈合过程等功能，使其可能成为代替传统抗生素和抗肿瘤药物的一种新型药物。细菌耐药性的问题的出现与泛滥，使得传统抗生素失去了其在治疗疾病方面的统治地位，抗菌肽的作用机制与传统抗生素不同，其代替传统抗生素成为趋势15。1 新型多肽抗生素 细菌在环境中传播、繁殖会引起多种疾病。无论是人和动物医疗手术中的感染、创伤、烧伤后的感染，还是植物所遭受到病原菌的侵害等，都一直未能彻底解决。特别是随着青霉素等传统抗生素的广泛及长期应用，许多细菌都对它们产生明显的耐药性，这就更加突出了问题的复杂性和解决问题的迫切性。因此，一种全新的抗菌药物的开发已经成为今后微生物学家、 生物化学家、 医药学家和植物保护专家们共同的主攻目标。具有广谱高效抗菌活性以及全新抗菌机制的抗菌肽显然在这方面具有明显的优势。传统的抗生素是通过阻断大分子生物合成来发挥作用，而抗菌肽的作用机理不同于传统抗生素，不会导致耐药菌株的产生，抗菌肽对革兰氏阳性(G+)及革兰氏阴性(G-)细菌均有高效广谱的杀伤作用。 国内外已报道，至少 113 种以上的不同细菌能被抗菌肽所杀灭。因此很有希望开发成为一类新型多肽抗生素16。2 新型特效抗真菌药物 目前，临床上所应用的抗真菌药的毒副作用都很大，且价格很高，而大部分植物病害是由真菌感染引起的。因此研制高效低毒、廉价、普通实用的抗真菌药物已经成为当前十分迫切的需要。已有研究表明，一些抗菌肽除了具有广谱高效的抗细菌活性外，同时还表现出对某些真菌的强大杀伤力。这些发现十分重要，将对研制新型的抗真菌药物提供新的途径17。最先发现具有抗真菌作用的抗菌肽是马盖宁 (Magainins），它不仅作用于 G+、 G-细菌，对真菌及原虫也有杀伤作用。3 新型抗寄生虫药 许多试验证明，抗菌肽也可以杀死草履虫、变形虫和四膜虫。这些肽对病毒被膜直接起作用，而不是抑制病毒 DNA 的复制或基因表达。4 新型抗癌药物 研究还发现，抗菌肽对正常哺乳动物细胞及昆虫细胞无不良影响，但对癌细胞株则有明显杀伤作用。 这种选择性机理可能与细胞骨架有关。 正常细胞存在高度发达的细胞骨架系统。它的存在抵抗了抗菌肽的作用，癌细胞的细胞骨架系统由于生长旺盛而不发达，这可能是抗菌肽对癌细胞有抑制作用的原因之一。已有关于抗菌肽对宫颈癌细胞、直肠癌细胞及肝癌细胞均有杀伤作用的报道18。5抗菌肽可促进伤口愈合和血管生成 Carretero 等研究发现 LL- 37可诱导Snail和Slug 转录因子表达， 上调基质金属蛋白酶、 有丝分裂蛋白酶，激活磷酸激酶信号转导途径， 反式激活内皮生长因子和角质成形生长因子等生长因子，促进表皮细胞再生或上皮细胞迁移。同时诱导角质成形细胞的增殖、迁入以及成纤维稀细胞和上皮细胞的增殖，使创伤得到修复。研究还发现这种促进作用呈剂量依赖性19.五结语 尽管抗菌肽的研究历史并不长，但其无可替代的优越性和独特性已经预示了其作为新型药物的可观前景。人们对抗菌肽经过近二十年的研究，目前已经证实有超过 1 000 种肽具有广谱的抗菌和免疫调节活性，但真正要将抗菌肽推向市场还要解决一系列问题：用药安全性问题。体内用药稳定性的问题抗菌肽作为药物在全身应用时，其代谢产物是否对人体有害，是否有其他副作用等情况还不清楚。依然没有找到活性足够理想的抗菌肽。抗菌肽的来源20。6参考文献1李冠楠, 夏雪娟, 隆耀航. 抗菌肽的研究进展及其应用J. 动物营养学报, 2014，26( 1) : 17- 252Guan-guerra E, Santos-mendoza T Lugo-reyes S O, et al. 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