抗菌肽（antimicrobial???多肽）抗菌肽原指昆蟲體內經誘導而產生的一類具有抗菌活性的堿性多肽物質。其是氨基酸數目小于100的一類小肽，多由20～60個殘基組成，分子質量在2000～7000，常帶正電荷，多數具有強堿性、熱穩定性，?并具廣譜抗菌性。
抗菌肽廣泛地存在于哺乳動物、鳥類、兩棲動物、昆蟲、植物以及微生物中。按結構可分為單鏈無半胱氨酸的抗菌肽，或由無規則卷曲連接的兩段α螺旋組成的肽；富含某些氨基酸殘基，但不含胱氨酸的抗菌肽；有兩個或兩個以上二硫鍵，具β折疊結構的抗菌肽；含一個二硫鍵的抗菌肽；以及由其他已知功能較大的多肽衍生而來的具有抗菌活力的肽。抗菌肽多數具有廣譜抗菌的特點，某些抗菌肽對部分真菌、原蟲、?病毒和癌細胞等均具有強有力的殺傷作用。關于抗菌肽的作用機制主要有幾種說法：離子通道的形成；抑制細胞呼吸；抑制細胞外膜蛋白的形成；抑制細胞壁的形成。其中，比較公認的作用機制為離子通道的形成模式。
抗菌肽在醫藥領域對某些耐藥菌具有殺傷力，而且細菌對之不易產生耐藥性，對部分病毒、真菌、原蟲和癌細胞等有殺滅作用，甚至能提高免疫力、加速傷口愈合過程；其在農業領域被應用到植物抗病基因工程中；在畜牧業，抗菌肽可作為飼料添加劑以及新型抗微生物藥物；在食品領域，抗菌肽是一種新型食品防腐劑；同時抗菌肽對皮膚防治表面及深層的致病細菌及真菌、對保護皮膚有良好作用。
相關歷史
1962年基斯（Kiss）和?米希爾（Michl）從鈴蟾皮膚分泌物中發現具有抗菌且溶血作用的肽類，并且最終從中分離出了含有22個氨基酸的抗菌肽，人們由此了解到蛙皮具有抗菌作用，是由于其中含有抗菌肽之類的活性物質。1972年，具有抗菌且溶血作用的肽類從蜜蜂屬毒液被分離出來。此后，人們對這類陽離子抗菌肽的結構與作用機理進行了深入研究。
20世紀80年代初，斯德哥爾摩大學的漢斯?·鮑曼（Hans Bowman）首次從鳳蝶總科身上分離出一類具有很強抗菌能力的肽，后來，法國斯特拉斯堡分子和細胞生物研究所所長，蒼蠅和蝴蝶研究專家，法蘭西科學院院士儒爾?·霍夫曼（Jules Hoffman）證實了這些肽的存在。他們用事先浸泡在細菌培養液中的針頭對昆蟲進行注射，發現細菌對昆蟲沒有產生任何影響，而在12～24h以后，昆蟲產生了大量的抗菌肽。霍夫曼和他的同事還發現，僅果蠅一種昆蟲，就可產生7種抗菌肽。
蒂馬克先生于1999年1月創建了Entomed公司，目的是用昆蟲產生的自然物質研制新型肽。公司成立后，對昆蟲抗菌肽的研究經取得了許多進展，如從一種熱帶小蝴蝶身上提取了一種抵抗曲霉屬病非常有效的分子，并在老鼠身上進行了試驗。Entomed公司研究了200種昆蟲，如瓢蟲、金蟲等，從未發現有相同的肽分子。研究人員將幾十年內發現的700多種抗菌肽分為兩類，一類是非核糖體合成的抗菌肽，另一類是由核糖體合成的天然抗菌肽。這些肽類是由基因編碼、宿主細胞產生的一類抗菌分子，是有機體在進化過程中為適應環境、求得生存而最早產生的免疫活性分子，其分子量較小，?一般在4000Dr左右，肽鏈在幾十個殘基左右，被認為是天然免疫的重要介質。
理化性質
抗菌肽的理化性質主要有以下幾點：
分類
按來源分類
抗菌肽按來源可分為：昆蟲抗菌肽，兩棲動物抗菌肽，水產動物抗菌肽，哺乳動物抗菌肽，植物抗菌肽以及微生物抗菌肽。
昆蟲抗菌肽
昆蟲抗菌肽是指昆蟲在受到刺激和感染的時候，由昆蟲血淋巴產生的一類具有光譜抗菌活性的多肽類物質。昆蟲中抗菌肽的種類較多，也非常復雜。研究者在昆蟲中發現的抗菌肽類物質已超過1700種。
天蠶素類抗菌肽研究主要集中在鱗翅目和雙翅目昆蟲，已分離出20多種天蠶素類抗菌肽。1972年，瑞典科學家博曼（H.G.Boman）等首次用陰溝腸桿菌及大腸桿菌誘導惜古比天蠶的滯育蛹，從其血淋巴中分離出3種具有抗菌活性的蛋白（溶菌酶、天蠶素A和天蠶素B）。霍爾馬克（D.Hultmark）等在1982年又從惜古比天蠶中分離鑒定了4種天蠶素抗菌肽，即天蠶素C、天蠶素D、天蠶素E和天蠶素F。
昆蟲防御素分布廣泛，已在半翅目、雙翅目、鞘翅目、膜翅目、蜻蜓目中發現了15大類，40多種該類抗菌肽。比如包括來自果蠅的防御素和來自麻蠅科的麻蠅防御素、麻蠅防御素B?、麻蠅防御素C等。
這類抗菌肽是卡斯蒂爾斯（Casteels?）等于1989年從膜翅目的西方蜜蜂血淋巴中首先發現的，研究人員在雙翅目、膜翅目、半翅目和鞘翅目中也發現這一類抗菌肽，如來自蜜蜂屬的蜜蜂抗菌肽和來自果蠅的果蠅菌素以及來自紅蝽科的富脯氨酸抗菌肽等。大部分這類抗菌肽主要抑制革蘭陰性菌，而對革蘭陽性菌則無作用。
這類抗菌肽包括來自天蠶的天蠶抗菌肽A-F，來自桑蠶的抗菌肽，來自麻蠅科的麻蠅毒素IIA、麻蠅毒素IA、麻蠅毒素IB、麻蠅毒素IC和來自果蠅的抗菌肽等。該類抗菌肽殺菌機理是阻礙細菌肽聚糖和外膜蛋白的合成，干擾大腸桿菌細胞外膜蛋白以及基因的轉錄使這些蛋白的含量減少，從而導致細菌細胞膜的通透性增加，細菌的生長因而受到抑制，但其只對生長中的細菌起作用。
哺乳動物抗菌肽
哺乳動物抗菌肽研究雖然起步晚，但已經至少從8種哺乳動物包括牛、羊、豬、鼠、犬、兔、獼猴和人體中分離純化或克隆得到數百種哺乳動物上皮細胞抗菌肽及其他抗菌肽。其中，已經從豬、恒河猴和牛體內分別發現了至少13種不同的抗菌肽，綿羊抗菌肽包括3類共11種。
兩棲動物抗菌肽
兩棲動物有自己的一套先天性免疫系統，其核心是抗菌肽。兩棲動物皮膚被公認為是生物活性多肽的儲存庫。兩棲動物蛙的皮膚中分離到的蛙皮素，它不僅作用于革蘭氏陽性及革蘭氏陰性菌，對真菌及原蟲也有殺傷作用。
水產動物抗菌肽
水產養殖品種生活于富含各種各樣微生物的水環境中，長期的生存適應使其形成了有效的防衛功能。抗菌肽被認為是魚、蝦、貝等防御素系統的主要成分之一。隨著對水產養殖品種抗菌肽的分離、結構與功能的研究，改造并合成既具有穩定高效抗菌活性又具有特異抗菌能力且對宿主無害的抗菌肽基因，并通過基因工程在原核細胞、真核細胞或?某些藻類中進行表達，以實現批量生產，將有希望成為對付水產養殖品種病原體特別是耐藥菌的新型藥物。
植物抗菌肽
抗菌肽是植物非特異性天然免疫系統的一大組分。已發現的植物抗菌肽都富含半胱氨酸，并且所有的半胱氨酸都形成分子內二硫鍵。大部分植物抗菌肽是從植物種子中分離獲得的，它們可以保護植物組織和種子不受真菌病原菌的侵害，但是大部分植物抗菌肽對大部分細菌無抑制活性。典型的植物抗菌肽是大麥中的硫素肽，能殺傷多種酵母和細菌。也有專家從蠶豆這種豆類植物中獲得了植物抗菌肽，但其只對革蘭氏陽性和陰性細菌有效，對酵母無效。
細菌抗菌肽
細菌抗菌肽能特異性殺死競爭菌，而對宿主自身無害。大部分細菌抗菌肽是通過改變細胞膜的通透性來殺死競爭菌，也有少數是通過阻斷細胞生命物質的合成來殺死競爭菌。細菌抗菌肽包括陽離子肽和中性肽，革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均有分泌。
病毒抗菌肽
病毒抗菌肽精氨酸含量高，不含賴氨酸，具有抗菌活性和細胞毒作用。
按結構分類
根據抗菌肽的結構可將其分為5類：單鏈無半胱氨酸的抗菌肽；富含殘基（不含胱氨酸）的抗菌肽；有兩個或兩個以上二硫鍵，具β折疊結構的抗菌肽；含一個二硫鍵的抗菌肽以及由其他已知功能較大的多肽衍生而來的具有抗菌活力的肽。
單鏈無半胱氨酸的的抗菌肽
單鏈無半胱氨酸的抗菌肽或由無規則卷曲連接的兩段α螺旋組成的肽主要包括天蠶素等，由31～39個氨基酸殘基組成，主要為螺旋構象，無胱氨酸，不形成二硫橋，pl為8.2～9.6，N-端區高度正電荷，C-端區為疏水區。對G+菌和G-菌有強的抗菌活性，且對G-菌活性更強，在抗菌濃度下對真核生物無溶胞作用。
富含氨基酸殘基的抗菌肽
這類抗菌肽富含某些氨基酸殘基，但不含胱氨酸，如富含L-脯氨酸或甘氨酸殘基的抗菌肽。札斯洛夫（Zasloff?）等在非洲爪蟾皮膚和胃黏膜腺體上皮細胞中分離到的小分子抗菌肽，命名為蛙皮素。卡斯迪爾斯（Casteels?）等在意大利蜂中發現這種富含脯氨酸的抗菌肽，后來在蜜蜂屬、果蠅等昆蟲中也陸續發現。這類肽帶正電荷，可分為兩類：?一類是小分子肽類，由15～43個氨基酸殘基組成，都含有精氨酸脯氨酸或賴氨酸脯氨酸氨基酸對結構；另一類是分子質量較大的肽，由83個氨基酸組成。這類抗菌肽對G-菌有抗性，而對G+菌無作用。
含兩個或兩個以上二硫鍵的抗菌肽
有兩個或兩個以上二硫鍵，具β折疊結構的抗菌肽主要包括防御素等。防御素是美國Leherer實驗室首次從兔肺巨噬細胞中分離到的兩個陽離子性極強的小分子抗菌肽。大多數防御素由38～43個殘基組成，帶有一個凈正電荷，含有6個位置保守的半胱氨酸并構成3個分子內二硫鍵，二硫鍵與抗菌活性密切相關。山口（Yamauchi）指出昆蟲防御素是由29～34個氨基酸殘基組成的多種陽離子肽，酶活性為4ku左右，均具有特征的反向平行β折疊結構，富含胱氨酸，形成2～3對分子內二硫橋。昆蟲防御素對G+菌有強的抗菌活性，但對G-菌的抗菌活性較弱。實驗證明，分子中的二硫鍵在其抗菌作用中至關重要。
含一個二硫鍵的抗菌肽
含一個二硫鍵的抗菌肽，其二硫鍵的位置通常在肽鏈C端?。
多肽衍生的抗菌肽
由其他已知功能較大的多肽衍生而來的具有抗菌活力的肽，根據其來源不同又被分為兩類，一類是非核糖體合成的抗菌肽，如短桿菌肽、多粘菌素、桿菌肽和糖多肽等，主要是由細菌產生，并經結構修飾而獲得；另一類是由核糖體合成的天然抗菌肽，是生物機體抵御病原菌的防御反應過程中所產生的一類抗微生物與一些惡性細胞的短肽。
生理作用
抗菌肽多數具有廣譜抗菌的特點，某些抗菌肽對部分真菌、原蟲、病毒和癌細胞等均具有強有力的殺傷作用。
對細菌的殺傷作用
抗菌肽對革蘭氏陽性及革蘭氏陰性菌均有高效廣譜抗菌作用，至少有113種不同的細菌均能被抗菌肽所殺滅。例如，人源乳鐵蛋白及其衍生物可以減輕小鼠泌尿道大腸桿菌引起的感染和炎癥等。
對真菌的殺傷作用
最先發現對真菌有殺傷作用的抗菌肽是從兩棲動物蛙的皮膚中分離到的蛙皮素，它不僅作用于革蘭氏陽性及革蘭氏陰性菌，對真菌及原蟲也有殺傷作用。防御素是一類從動物細胞中分離到的殺菌肽，主要存在于吞噬細胞中。具有很寬的抗菌譜，對真菌及部分真核生物都有一定的殺傷作用。天蠶素A及其類似物，如天蠶素-蜂毒肽雜合肽對感染昆蟲的真菌具有一定的殺傷作用。來源于人和靈長目唾液的組蛋白也有抗真菌的作用。
對寄生蟲的殺傷作用
抗菌肽可以有效地殺滅引起人類及動物寄生蟲病（如瘧疾、利什曼病等）的寄生蟲。已發現一種合成的天蠶素-蜂毒素雜合肽對利什曼原鞭毛蟲有殺傷作用。
對原蟲的殺傷作用
抗菌肽作為在自然界普遍存在的必要保護工具，抵抗著各種病原，部分抗菌肽對錐蟲、瘧疾蟲和線蟲有殺傷活性。
對病毒的殺傷作用
蜂毒素和天蠶素在亞毒性濃度下通過阻遏基因表達來抑制?HIV-1病毒的增殖。蜂毒肽2與合成肽對皰疹病毒科HSV-1和HSV-2有一定的抑制作用，此外，人源性的A2防御素1～3對CD8T細胞分泌的CD8抗病毒因子抗HIV21活性有貢獻。?來源于豬免疫細胞和來源于綿羊抗菌肽有很強的抗蒼白螺旋體的作用。
對癌細胞的殺傷作用
抗菌肽對正常動物細胞無殺傷作用，但是，對于癌細胞則有明顯殺傷作用。抗菌肽對體外培養的癌細胞的作用主要是使癌細胞膜上形成孔洞，內容物外泄，線粒體出現空泡化，嵴脫落。核膜界限模糊不清，有的核膜破損，核染色體DNA斷裂，并抑制染色體DNA的合成，細胞骨架也受到一?定程度的損傷。已有有關抗菌肽對宮頸癌細胞、直腸癌細胞及肝癌細胞的殺傷作用與劑量相關的效應的報道。
預防敗血癥
抗菌肽能與細胞多糖結合，具有中和毒素的作用，因此對革蘭氏陰性菌敗血癥和內毒素中毒性休克具有很好的防治作用。
作用機制
關于抗菌肽的作用機理已研究得較多，但仍未十分明了。關于抗菌肽的作用機制主要有以下幾種說法：離子通道的形成；抑制細胞呼吸；抑制細胞外膜蛋白的形成；抑制細胞壁的形成。其中，比較公認的作用機制為離子通道的形成模式。
離子通道的形成模式認為抗菌肽通過在細胞膜上形成離子通道造成細菌內容物大量外泄而致細胞死亡。因為在組成抗菌肽分子的氨基酸中，大多數為帶正電荷的氨基酸。抗菌肽分子首先通過靜電作用被吸引到膜表面，然后疏水尾部插入細胞膜中的疏水區域，通過改變膜構象，多個抗菌肽聚合在膜上形成離子通道，造成細胞內容物泄露致細胞死亡。
研究表明，抗菌肽并不作用于高等動物細胞，這可能是由于高等動物細胞膜中的膽固醇阻礙抗菌肽的疏水面插入磷脂雙分子層；也可能是由于微生物與高等動物細胞膜的膜外結構的區別：高等動物細胞膜外表面的唾液酸與膜的距離有8nm，它可能與抗菌肽的帶正電區結合而阻止其接近細胞膜發揮殺傷作用。
應用領域
醫藥領域
抗菌肽具有廣譜抗菌活性，對細菌有很強的殺傷作用，對某些耐藥菌具有殺傷力，而且細菌對之不易產生耐藥性。此外，某些抗菌肽對部分病毒、真菌、原蟲和癌細胞等有殺滅作用，甚至能提高免疫力、加速傷口愈合過程。抗菌肽的廣泛生物學活性顯示了其在醫學上良好的應用前景，在臨床上已經得到廣泛應用的有多黏菌素、桿菌肽、替考拉寧等。
黏桿菌素是陽離子脂肽多黏菌素E的一種甲硫衍生物，應用其氣霧劑治療肺部銅綠假單胞菌感染已取得成功。從柞蠶蛹免疫血清中分離抗菌肽并經噴霧干燥制成“育成蛹粉”?，作為“腎肝寧”的原料，再加入適量牛膝流浸膏，配制成膠囊，治療腎炎及肝炎有較好療效。這種抗菌肽，經冷凍干燥制成天蠶素粉，經試驗證實能抑制鴨乙型肝炎病毒脫氧核糖核酸?的復制，同時臨床試驗證實對乙型肝炎有較好療效，除對轉氨酶等指標恢復正常外，能使肝炎表面抗原轉為陰性。抗菌肽還用在在治療胃、十二指腸潰瘍及腸癌等方面。抗菌肽可用在在口腔及陰道消毒殺菌劑方面。試驗證明抗菌肽清洗劑對耐藥性大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌及白色念珠菌等均能達到99.9%的殺滅效果，對人安全，無毒副作用。
農業領域
抗菌肽被應用到植物抗病基因工程中，通過分離并克隆蠶類抗菌肽的基因，然后將它們導入植物體內，這可能將會增強植物的抗病能力。如用將抗菌肽B基因轉入廣藿香的組織細胞，在篩選培養基上經過叢芽途徑獲得轉基因植株獲得高水平表達，產生較強的抗病效果。華南農業大學與復旦大學合作設計合成抗菌肽D基因，并將其轉化于根癌農桿菌，?再感染煙草子葉，經過組織培養成菌，研究證明抗菌肽基因能穩定地遺傳到子代并具有較強抗病力。將抗菌肽基因導入桑樹、桉樹、?番茄、辣椒等均獲得抗病的后代。
畜牧業
蠶抗菌肽作為一種廣譜、高效、無殘留的新型抗微生物藥物在畜牧業中使用，有明顯的優勢和前景。抗菌肽基因設計，合成獲得多個新的基因，經提純后的抗菌肽醇母作為飼料添加劑，飼喂仔豬、小雞，能預防、治療消化道炎癥，有較好的效果。
食品領域
蠶抗菌肽分子質量小，結構高度緊密，而且具有廣譜的殺菌活性，對與食品有關的多種革蘭氏陰性和陽性細菌均有較強的殺滅作用。而且蠶類抗菌肽表現出良好的熱穩定性，因此可用于食品的熱加工。蠶抗菌肽還可用于食品發酵中的雜菌污染，除了直接添加抗菌肽以外，還可把抗性基因轉入發酵菌株。抗菌肽抑制微生物的生產是非常迅速的，而且其易被體內的蛋白酶水解消化，對人體無毒副作用。蠶抗菌肽在酸性情況下活性最強，適于大多數酸性食品，尤其是飲料的防腐，有良好的溶解性和穩定性。因此，可以說蠶抗菌肽是一種對人體無毒副作用的新型食品防腐劑。
化妝品領域
抗菌肽對皮膚防治表面及深層的致病細菌及真菌、對保護皮膚有良好作用。以抗菌肽、表皮生長因子及胎牛血清素復配，能有效地清潔肌膚、補充營養、調控肌膚新陳代謝、激活表皮細胞生長等功效。
制備
豬小腸上皮細胞抗菌肽的制備
以豬小腸上皮細胞抗菌肽制備工藝為例來介紹天然抗菌肽提取及抽提方法。
抗菌肽的發酵工藝
以桿菌肽的發酵工藝為例來介紹以發酵法生產抗菌肽的生產方法：桿菌肽發酵生產使用地衣芽孢桿菌，在以淀粉、黃豆餅粉為主要碳、氮源的液體培養基中進行通氣培養，經發酵生物合成桿菌肽。桿菌肽發酵液經草酸酸化，通過板框過濾除去菌體、堿性蛋白、鈣鎂離子、培養基殘渣等雜質，再用堿中和得到符合離子交換工藝要求的桿菌肽原液。原液經樹脂提取、萃取提純、噴霧干燥最終得桿菌肽成品。
基因工程制備
基因工程制備抗菌肽的方法是：通過基因工程將目的抗菌肽基因序列克隆出來，插入特定的表達載體，再轉染至特定的表達系統，進行人工的誘導表達。在生物工程領域中，異源或重組抗菌肽的最常用最主要的表達系統根據受體細胞區分，主要有三種，即原核生物的大腸桿菌或枯草芽孢桿菌表達系統、低等真核生物的酵母表達系統和高等真核的哺乳動物細胞表達系統。
參考資料 >