抗菌肽研究进展及应用

甄阳光

（四川省水产学校，四川 成都 610041）

抗菌肽（AMPs）是生物体内经诱导产生的一种具有生物活性的小分子多肽，其N端含极性氨基酸，富含Pro，而C端通常酰胺化[1-2]。1980年瑞典科学家在研究北美天蚕的免疫机制时，发现滞育蛹注射阴沟通杆菌及大肠杆菌后，其血淋巴中产生了具有抑菌作用的多肽类物质，即天蚕素[3-5]。后来，相继从细菌、真菌、两栖类、昆虫、高等植物、哺乳动物乃至人类中发现并分离获得有抗菌活性的多肽[6]。迄今为止，在不同动物组织中已发现千余种有抗菌作用的蛋白质和多肽，且有70余种的结构已被测定[7]。此外，因越来越多的细菌对传统抗生素产生耐药性，使AMPs受到广泛的关注。目前，对AMPs的来源、理化特性、作用机制、安全性等进行了深入研究，并建立了AMPs网上更新数据库。本文就AMPs的理化特性、作用机制和应用等作以综述。

1 抗菌肽的理化特性

AMPs一般由12～50个氨基酸组成，无（弱）免疫原性，水溶性较好，等电点为8.9～10.7，且其一级结构具有较强的保守性，因富含疏水和碱性氨基酸而具有较强的阳离子特征，因此多数AMPs在正常生理条件下带正电荷[8-11]。AMPs的自身浓度、外界温度、盐离子浓度及pH对其抑菌活性有重要影响[12]。当在60～100℃时，AMPs抑菌效果依然明显，在121℃时其抑菌效果才有下降趋势。纯化后的蚕蛹AMPs在100℃处理20 min后对大肠杆菌的抑菌圈直径仍可达1.80 cm；pH在7.0～7.5时抑菌圈平均直径为1.98 cm，室温放置3 h后抑菌圈直径可达2.05 cm；盐离子浓度在0.2 mol·L-1时抑菌圈直径为2.02 cm[13]。表明AMPs具有较强热稳定性，在较强离子强度和较低的pH下仍可保持较强的活性，并且部分AMPs还有抗胰蛋白酶和胃蛋白酶的水解的作用。

2 抗菌肽的作用机制

目前，对于AMPs的确切作用机制尚未准确定论，但研究者提出了多种假说，如形成膜通道、细胞内杀菌、调控免疫发挥抑菌活性等。

2.1 细胞膜损伤机理

生理状态下带正电荷的AMPs以物理的方式吸附于细菌胞膜，破坏胞膜的完整性，导致胞质外漏而杀灭细菌[14]。带正电荷AMPs能与细菌胞膜上带负电荷的LTA、TA、LPS及LPG以静电作用而吸附于细胞膜上，然后AMPs的疏水端嵌入磷脂双分子层中牵引其进入磷脂双分子层或改变膜表面张力或引起磷脂单分子层弯曲或形成肽-脂聚合物，从而扰乱双分子层中脂质和蛋白质等组分原有的排列秩序，再结合AMPs分子间的相互运动，最终形成跨膜通道，导致胞内物质外漏引起死亡[15]。目前，跨膜通道以“桶板”“地毯”“环形孔”“ 聚集体”“筏沉没”和“分子电穿孔”等模型备受关注，能较好地解释AMPs的膜通道机制[16]。

2.2 细胞内杀菌机制

研究表明，部分AMPs还有胞内作用靶标，即AMPs穿透胞膜进入胞质内，扰乱其生理活性，从而杀灭细菌[17]。如源于蛙的buforinⅡ可直接穿过胞膜进入胞质中积聚与DNA和RNA作用，当浓度在100 μg·mL-1时，其能完全抑制大肠杆菌DNA和RNA的合成，而在150～200 μg·mL-1时，其显著抑制蛋白质的合成，最终杀灭菌体[18]。同样地，AMPs PR39、NK-18、HNP1/2也能进入大肠杆菌菌体内抑制其DNA、RNA及蛋白质的合成[19]。另外，死亡素和人唾液抗菌蛋白富组蛋白能特异性地作用于线粒体，抑制细菌的呼吸作用达到杀菌目的[20]。此外，部分AMPs还可调节菌体基因表达，从而干扰细菌繁殖，如攻击素、麻蝇素-Ⅱ能抑制大肠杆菌膜蛋白Omp（C、F、A）和LamB基因的表达及细胞壁成分的合成，导致菌体生长受阻[20]。

2.3 调控免疫发挥抑菌活性

部分AMPs虽不能直接杀死细菌，但其可通过增强机体免疫力而发挥其抑菌活性[21]。AMPs能降低LPS诱导的炎症反应，抑制促炎性因子的合成，而在正常生理状态下可诱导促炎性细胞因子的分泌，从而募集免疫细胞提高机体抗感染能力，达到抑菌的目的[22-23]。

阳离子AMPs的作用机制与细菌细胞膜的结构和性质密切关系，因此AMPs发挥抑菌功能而不伤害宿主正常细胞主要是因细胞膜结构的差异所致。真核细胞膜主要是由鞘磷脂、中性磷脂和胆固醇等不带电荷的物质组成，因此带正电荷的AMPs不能与之结合。同时，真核细胞膜中含有细菌细胞膜中缺少的胆固醇，因此磷脂双分子层更加稳固，不易形成膜通道。真核细胞膜上磷脂的不对称分布、细胞骨架的存在和体内血清成分等均可削弱AMPs对真核细胞的毒性作用。此外，AMPs的氨基酸组成决定了其两亲性、电荷量以及疏水程度等性质，也决定了其抑菌机制和对微生物细胞的选择性[24]。

3 抗菌肽在畜牧业上的应用

近年来，抗菌肽因具有与抗生素不同的杀菌机制和抗菌谱广等特点，成为新型饲料添加剂，被广泛应用于畜牧业，其可抑制或杀灭宿主体内病原菌，改善肠道菌群，提高免疫力，促进动物生长。

3.1 抗菌肽的促生长作用

在畜禽饲粮中添加AMPs能抑制病源微生物增殖代谢，改善宿主肠道菌群，促进畜禽生长发育，提高畜禽产品质量。不同浓度的AMPs能显著降低仔公鸡或肉鸡肠道中大肠杆菌的丰度，提高双歧杆菌和乳酸杆菌的数量，改善肠道菌群，降低料重比，促进肉鸡生长[27-28]。陈芸等在山羊饲粮中添加复合AMPs能显著降低变形菌门和螺旋菌门的含量，提高与生长相关的部分降解纤维菌属和普雷沃菌属的含量[29]。姜文等发现，AMPs能显著提高断奶仔猪的末重、平均日增和直肠乳酸杆菌和双歧杆菌丰度，降低料重比、腹泻率和大肠杆菌丰度，表明AMPs能显著改善断奶仔猪肠道菌群结构，提高其生长性能[30]。

3.2 抗菌肽的免疫作用

AMPs是先天免疫系统的重要组成部分，被认为是机体免疫的第一道防线，其能诱导单核细胞、嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、未成熟DC和T-淋巴等细胞的趋化性，调控B和T分泌细胞因子的模式，并产生多种趋化因子[31]。研究表明，AMPs可作为鱼类潜在的防御性武器，用于防治新出现的破坏性疾病，其能快速扩散到感染部位，招募免疫细胞到感染组织中和病原体[32]。白建等用不同浓度的AMPs饲喂1日龄的AA肉鸡，发现不同浓度的抗菌肽显著提高21日龄肉鸡的脾脏指数和胸腺指数和42日龄肉鸡的法氏囊指数，认为AMPs能提高肉鸡免疫器官指数[28]。刘莉如等用天蚕素AMPs饲喂海兰褐蛋用仔公鸡42 d，结果表明，血清中IgG、IgA，补体C3、溶菌酶含量显著提高，认为AMPs可提高蛋用仔公鸡的免疫力[27]。杨颜铱等发现复合AMPs能显著提高川中黑山羊血清中IgA、IgG、IgM，IL-2、IL-6、IL-10、IL-12、TNF-α、IFN-γ以及补体C3、C4的浓度，表明复合AMPs能增强山羊的免疫力[33]。也有研究表明，AMPs能结合LPS从而展现出抗炎活性，并在衰老过程中，AMPs与血清中IL-10、IL-2、IL-4、IL-6和TNF-α等细胞因子浓度呈现逆相关性，表明AMPs可以作为免疫调节剂[31,34]。

4 小结

在原核生物、大多数真核生物及所有动物体内均存在具有防御作用的AMPs。因此，AMPs作为畜禽养殖等领域的饲料添加剂、治疗剂或免疫调节剂等有巨大的潜力。大量研究已表明这些小生物活性肽的益生活性，但其具体机制尚不十分明确，并有研究报道部分细菌通过减弱AMPs结合、降低AMPs有效浓度、修饰细胞膜、形成生物膜及信号调节等方式产生对AMPs的耐受性。此外，AMPs在人类临床上的应用仍然有限。因此，AMPs作为新一代抗微生物药物具有广阔的前景，但对于其作用机制、耐药性、安全性和稳定性等方面仍需要进一步的研究，只有综合考虑AMPs的作用机制和细菌对其的抗性机制，避免在生产中滥用，才能扬长避短，造福人类。