抗菌肽生物活性及其影响因素

陈 晨

（郑州工业应用技术学院，河南新郑 451150)

抗菌肽属于一种生物细胞经特定的基因编码合成的多肽，在特定外界条件诱导下被激活，具有一定的生物活性。抗菌肽本身的分子量较小，再加上广谱杀菌、热稳定性以及作用机制特殊等特征，其能够杀灭的活性物质非常多，不仅涉及真菌、细菌还涉及一些活性细胞，这也促使抗菌肽的临床应用价值得到了最大程度的提升。抗菌肽可以实现单核细胞和T淋巴细胞的趋化作用，可以一直大量聚集在炎症部位，从而达到化学因子表达以及T辅助淋巴细胞的增殖反应作用。对此，探讨抗菌肽生物活性及其影响因素具备显著实践性价值。

1 抗菌肽生物活性

对近些年的临床研究进行统计后认为，抗菌肽的生物活性主要体现在下面几种：①抗菌与抗感染活性。抗菌肽的抗菌谱相对而言具备比较突出的广泛性特征，其与传统的抗生素相比可以实现对更多细菌的影响，抗真菌以及病毒的抗生素较少[1]。国外研究指出，抗菌肽的SB37对于多种植物病原菌具备抗菌活性的抑制作用，其可以实现对细菌致死浓度的调整，其浓度一般在0.1～4.5μmol/L，同时抗菌肽在农作物以及经济作物等病原菌方面也可以达到相应的抑制性作用，可以达到比较突出的高度耐药等特性，尤其是对于金黄色葡萄球菌和伤寒杆菌都可以借助抗菌肽实现敏感性影响达到比较突出的干预作用[2-3]。从腐物寄生的子囊菌当中可以实现抗菌肽Plectasin的分离，其对于肺炎链球菌具备较好的杀菌作用，效果和万古霉素以及青霉素高度相似；②抗病毒活性。临床研究中发现对烟芽夜蛾幼虫血淋巴的病毒具备比较突出的抑制影响，其可以实现病毒感染功能的控制。在人中性粒细胞的防御素HNP21对于疱疹病毒也具备比较突出的抑制作用。有研究认为，蜂毒素与天蚕素在亚毒性浓度之下，可以实现对艾滋病毒HIV21基因表达的抑制作用，可以有效减少病毒增值。在无血清存在的情况下，高浓度的防御素会提高HIV膜通透性。另外，还有许多关于抗菌肽抑制感染病毒、乙型肝炎病毒的研究；③抗肿瘤活性。肿瘤细胞的骨架并不是相当成熟，抗菌肽可以快速地进入到细胞脂膜并形成离子通道，从而达到肿瘤细胞的损坏作用。在多数的化疗药物治疗方面，可以实现对癌细胞的治疗作用，但是这一种治疗的副作用问题比较突出。抗菌肽可以特异性的杀灭部分肿瘤细胞，同时对于人体中正常细胞无杀灭的作用。1μg/mL的人源性抗菌肽对肿瘤细胞的作用在14h左右非常突出，其可以达到癌细胞杀灭作用。天蚕素以及爪蛙素的表达对于肿瘤细胞中的纤维瘤细胞以及肺癌细胞等具备杀灭作用；④抗寄生虫活性。抗菌肽可以实现对人类和动物源寄生虫杀灭作用，其对于Chagas氏病毒以及疟疾具备比较突出的治疗作用。目前认为天蚕素和蜂毒素的杂合体可以实现对莱什曼原鞭毛虫的抑制，在作用靶点方面主要是集中在细胞脂膜上，其可以实现高度通透性，并达到膜电位的损坏，促使质膜的形态得到有效的改变。另外，国外的研究中发现，昆虫抗菌肽对于感染疟疾的预防具备比较突出的效果，其可以实现对卵囊期的有效抑制；⑤其他活性。抗菌肽除了上述四种代表性活性以外，还具备一定的抗精子、胚胎活性、溶血活性以及神经细胞毒性等多方面的生物学活性功能。

2 抗菌肽生物活性的影响因素

2.1 自身因素对活性的影响

自身因素对活性的影响中最具代表性的便是末端残基和长度对于抗菌肽活性的影响。某研究对人工合成的抗菌肽C和N端可以实现氨基酸的切除，并在末端残疾和肽链的长度方面实现对抗菌肽活性的影响，抗菌肽活性会随着末端的残疾形成切除。同时将抗菌肽的CMIV基因和突变克隆GST融合进行表达，其可以采用不同切割的表达方式，获得N端的多余氨基酸抗菌肽和C端抗菌肽的CMIV表达，其可以促使抗菌活性逐渐丢失。在临床试验中发现，抗菌肽本身的末端结构对于生物结构的活性影响非常突出，其可以实现对抗菌肽的最低长度控制，并基于抗菌肽的作用机制特征，可以促使抗菌肽细胞膜的膜孔逐渐形成，并达到细菌杀灭的作用。在基础理论方面最短的长度在18个氨基酸左右。这一种长度主要是通过细胞的细胞壁和细胞膜构成，在抗菌肽的N端上可以直接连接十二烷基，对于脂肽的杀菌活性可以实现有效的检测，其结果证明杀菌活性的提高。对此，在抗菌活性和多肽的长度方面的研究中，认为超过24个残基时抗菌肽的活性会表现出明显的活跃度，整个抗菌活性得到显著提高。

2.2 影响膜孔成型能力的因素

膜孔成型是抗菌肽实现杀灭功能的关键，同时也是活性得以发挥的关键。国外研究中认为，在质膜和水相界面之上，抗菌肽和脂质双层之间先是借助静电吸附的方式接近，并借助分子中N端和C端之间的连接结构以结合，抗菌肽的分子疏水端插入质膜当中，借助两亲性α螺旋插入到质膜当中，并形成膜孔，最终促使细胞的内容物外泄。对于不同的内源性阳离子抗菌肽在细胞膜上可以形成的孔差异比较大，导致膜孔形成的能力发生改变。对于pH而言，pH属于中性时，抗菌肽与膜的结合功能会得到提升，同时pH属于抗菌肽溶解脂粒功能的决定性因素。介质的离子强度和温度会直接影响膜孔的形成，提升介质的离子强度或者是控制温度可以控制孔形成，从而促使抗菌肽的活性下降。另外，每摩尔Kappacin可以结合Zn2＋，这一种结合可以促使抗菌肽在中性环境之下的活性提升。另外，国外研究者在多肽LL37基础上设计并合成抗菌肽WLBU2，在实验当中发现了LL37的效价在1～6mmol/L的Mg2+与Ca2+中存在不同的抑制程度，同时环境活性保持作用比较突出。

2.3 抗菌肽和膜的相互作用

在抗菌肽活性影响因素中，对于肽和膜的相互作用影响研究并不多。在部分研究中发现，抗菌肽和膜脂脂质之间存在阳离子脂质物质，其很少且有限，这些物质在电荷与两性分子、传递细胞内物质方面和抗菌肽有着较高相似性。在部分研究中发现，脂质的非双分子层形成对跨膜迁移以及蛋白质折叠的影响突出，认为肽迁移需要特殊的磷脂和膜相，其可能作为肽结构决定迁移率。在研究中，脂肪酸和生物学上缺少活性阳离子肽的N端不同长度的联结形成不同细胞并具备溶解活性的脂肽，这些脂肽属于真菌、细菌靶点的候选之一，同时也是之后的主要研究方向之一。

2.4 带电氨基酸对抗菌肽活性的影响

研究表明，正电荷确实会提高抗菌活性，相反，负电荷的存在一定程度上使抗菌活性下降。这些现象的发生可能是因为电荷对肽单体或聚合物的潜在影响可能包括r-螺旋结构的稳定和失稳，这是形成攻击膜结构所必需的。

2.5 特殊残留氨基及一些次生结构对抗菌肽活性的影响

这些特殊残基可以是二次Trp、C端酰胺化和中间产物，它们的取代将直接影响抗菌肽的抗菌活性。S.A.Taran等曾将人工合成的抗菌肽Sarcotoxin IA通过羟基取代酰胺基，酪氨酸取代第二Trp，发现I和Ⅱ的活动比Sarcotoxin IA下降20%～50%，6%～33%。此外，Dong Gun Lee用Leu取代了中间Pro，导致P18活性降低了50%。对于蛋白质来说，其功能主要依赖于较高的结构，而对于抗菌肽来说，其功能和活性则依赖于二级结构，即抗菌肽分子内部形成的两亲性结构。一些实验表明，cecropin Pl溶液的构象通过圆二色性和二维核磁共振光谱的构象发现，cecropin Pl是自由地蜷缩在水溶液中，而在与细胞膜疏水环境相似的六氟异丙醇溶液中，则形成r-螺旋类似于细胞膜的疏水环境。上述说明抗菌肽在水中没有太过明显的结构，而环境状态接近细胞膜时，才可以使结构稳定性更高。可见，两亲螺旋结构是其抗菌活性的基本结构。进一步的研究表明，抗菌肽的活性可能会受螺旋度的改变而发生变化。倘若将氨基酸残基由螺旋倾向高向螺旋倾向低转化，会发现抗菌活性有了明显的提高。

2.6 氨基酸构象对抗菌肽活性的影响

近几年对于抗菌肽的认识中发现，大多数的氨基酸都由L型氨基酸组成，当然也有一些抗菌肽含有D型氨基酸。那么，D型或L型氨基酸会影响抗菌肽的活性吗?1999年Hong等报道说，L型氨基酸被D型氨基酸所取代可以在不影响抗菌肽的抗菌活性的前提下有效提高了抗菌肽的稳定性。然而，在2002年，K.A.Hiraj等用Baetenecin7进行了同样的实验，结果完全不同。他们发现原来的L型和D型氨基酸被Baetenecin7而导致了氨基酸的抗菌活性在一定程度上失去，但是，值得高兴的是抗真菌

活性Baetenecin7意外显著增加，因此也就否定了Hong等的看法。同时，这或许也是一种新合成和生产针对某种病原体的抗菌肽，进而为临床上的应用提供了技术支持。

3 结语

综上所述，抗菌肽具备广谱抗菌活性，其对于病毒、肿瘤细胞以及寄生虫等有一定杀灭功能，和上皮细胞、吞噬细胞以及溶解体等可以共同构成机体的非特异性防御系统，其可以充当单核细胞以及T淋巴细胞的趋化因子参与炎症反应与应答等功能，这也是提升抗菌肽生物学活性的重要途径。另外，在抗菌肽的耐药性方面，国外的部分研究对PXB敏感的突变体与mtrCDE操纵子内含有插入序列，mtrCDE操作子编码可以形成药物输出泵蛋白。总之，抗菌肽属于一种公认的抗菌药物，今后可以进一步深入研究，从而提高抗菌肽的临床应用价值，更好地造福于人类。