本文關鍵詞：防御素的生物學特性及其抗病基因工程，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

防御素的生物學特性及其抗病基因工程

第5期

付藍寶等: 防御素的生物學特性及其抗病基因工程

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1 防御素的種類及生物學特性

生物在病原體侵染時, 自身會產生一系列的拮抗物質, 以阻止病害的傳播和病原微生物的進一步侵染, 這種系統(tǒng)被稱為防御系統(tǒng)。編碼這些拮抗物質的基因統(tǒng)稱為防御基因。防御素(Defensin)就是這樣的一種拮抗物質, 在生物機體抵御病原體的防御反應過程中產生, 是一種能抗微生物和一些惡性細胞的短肽[1, 2]。防御素通常由29~54個氨基酸組成, 其中包括6～8個保守半胱氨酸, 可通過半胱氨酸分子間二硫鍵使肽環(huán)形成反向平行的β片狀結構, 或含有一個α螺旋結構。防御素分子結構穩(wěn)定且具有廣譜的抗菌活性。根據(jù)分子結構特征和來源的不同, 動物防御素可分為α-防御素、β-防御素和θ-防御素3種[3~5], 除此之外, 還有昆蟲防御素和植物防御素。

1.1 動物防御素

α-防御素: 由美國Lehrer實驗室1980年從兔肺巨噬細胞中首先分離得到, 是一種陽離子性極強的小分子抗菌肽。α-防御素主要存在于哺乳動物有關組織和細胞中。α-防御素分子由29~35個氨基酸組成, 富含精氨酸, 6個半胱氨酸以Cys-l-Cys-6、Cys-2-Cys-4、Cys-3-Cys-5方式形成3對分子內二硫鍵, 其中Cys-l-Cys-6對二硫鍵連接N端和C端的半胱氨酸形成分子大環(huán), 所以α-防御素的一級結構一般為圓形[7]。體外實驗顯示, α-防御素具有廣譜的抗菌活性, 對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、厭氧菌、某些真菌、梅毒螺旋體和鉤端螺旋體、分支桿菌等均具有很強的抗菌活性。但α-防御素在受到鹽濃度及血清成分影響的情況下其抗菌活性會降低[8]。在兔的中性粒細胞中共發(fā)現(xiàn)有6種α-防御素, 即RabNP-1、-2、-3a、-3b、-4、-5, 這些防御素總量占細胞蛋白質總量的15%~20%。其中兔防御素NP-1是抗菌譜最廣泛的防御素之一, 其多肽一級結構為: VVCAC RRALC LPRER RAGFC RIRGRTHPLC CRR。高級結構中可以形成3對分子內二硫鍵。

β-防御素: 在牛的氣管黏膜上皮細胞中首先分離出來, 后又在牛粒性白細胞中發(fā)現(xiàn)了13種與其序列高度相似的防御素, 因其共有序列與α-防御素不同, 故被命名為β防御素[4]。β防御素分子一般由

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38~42個氨基酸殘基組成, 6個半胱氨酸殘基配對形成3個二硫鍵, 連接方式為: Cys-1-Cys-5、Cys-2-Cys-4、Cys-3-Cys-6。序列中部有一個保守的脯氨酸和一個甘氨酸, 這是α-防御素所不具有的。β-防御素的信號序列和前體序列一樣, 而α-防御素先由信號肽合成前片段, 然后再形成成熟肽。β-防御素分子量相對較小而且具有明顯的半胱氨酸排列的特征, 對維持此類分子的三級結構具有重要意義[9]。β-防御素對革蘭氏陽性和陰性菌均有廣譜的抗菌活性, 但研究顯示, 在高鹽濃度和酸性條件下, β-防御素將失去抗菌活性。同時, 有些β-防御素對一些真菌和病毒也有抗性作用。

θ-防御素: 是從獼猴的白細胞中首先分離出來, 為一種環(huán)狀結構的分子, 多分布在吞噬細胞內。θ-防御素通常由12個氨基酸殘基組成, 分子內由6個半胱氨酸形成3對二硫鍵, 以Cys-l-Cys-6、Cys-2-Cys-5、Cys-3-Cys-4的方式連接形成環(huán)狀結 構[10]。研究證明, θ-防御素不僅具有細菌、真菌抗性, 而且還具有抗濾過性病原體和抗毒素的作用。此外, 在受到鹽濃度及血清成分影響下α-和β-防御素的抗菌活性會降低, 但θ-防御素的抗菌活性幾乎不受影響, θ-防御素分子的環(huán)狀結構可能是其保持穩(wěn)定活性的原因[6]。 1.2 昆蟲防御素

昆蟲防御素是1989年由法國學者Hoffmann等人首先分離得到, 它與兔子肺吞噬細胞防御素分子同源。昆蟲防御素大量存在于昆蟲血淋巴液中, 至今已在昆蟲綱動物體內發(fā)現(xiàn)了數(shù)十種防御素和抗菌肽。成熟的昆蟲防御素一般含有34~43個氨基酸, 其分子鏈中在Cys-3與Cys-4之間有3個保守的Gly殘基。此外, 其分子內的3對二硫鍵配對也與α-和β-防御素不同, 分別為Cys-l-Cys-4、Cys-2-Cys-5、Cys-3-Cys-6。研究表明, 昆蟲防御素能夠抵抗細菌的感染, 但僅對抗革蘭氏陽性菌表現(xiàn)抗性, 對革蘭氏陰性菌幾乎無作用; 昆蟲防御素對真核細胞無作用, 而且也未見昆蟲防御素抗病毒感染的報道[7]。 1.3 植物防御素

植物防御素是從小麥和大麥中被首先分離獲得。目前所發(fā)現(xiàn)的植物防御素大量存在于植物的葉片、果實和種子中。植物防御素分子一般含有45~54

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