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微生物學(xué)通報 Microbiology
tongbao@im.ac.cn

JAN 20, 2009, 36(1): 97~105 ? 2009 by Institute of Microbiology, CAS

專論與綜述

抗菌肽的抗菌機制及其臨床應(yīng)用
侯曉姝 胡宗利 陳國平* 李 勇 王炳琴

李梔恩
(重慶大學(xué)生物工程學(xué)院 重慶 400030)

摘

要: 抗菌肽是廣泛存在于生物體內(nèi)的一種小分子肽, 具有廣譜性、高效性、穩(wěn)定性等特點, 其

本身不易產(chǎn)生耐藥性。不僅具有殺菌作用, 還能抑殺真菌、寄生蟲、病毒以及腫瘤細胞且對正常 細胞毒性較小。新穎抗生素發(fā)現(xiàn)的缺乏, 導(dǎo)致了大量耐藥菌株的出現(xiàn), 抗菌肽有可能成為一種新 的抗生素替代品。本文介紹了抗菌肽的結(jié)構(gòu)特點、生物活性, 并重點闡述了其抗菌機制及最新臨 床應(yīng)用進展。 關(guān)鍵詞: 抗菌肽, 抗菌機制, 臨床應(yīng)用

Antimicrobial Peptides: Antibacterial Mechanism and Therapeutic Use
HOU Xiao-Shu HU Zong-Li CHEN Guo-Ping* LI Yong WANG Bing-Qin LI Zhi-En
(Bioengineering College of ChongQing University, Chongqing 400030, China)

Abstract: Antimicrobial peptides, a cluster of small peptides secreted by the majority of creatures, have been demonstrated with activity against a wide range of microorganisms including bacteria, protozoa, yeast, fungi, viruses and even tumor cells. These peptides have some features such as broad spectrum , high efficacy and stability, little drug resistance. A lack of new antibiotics combined with emerging multi-drug resistance issues demands that new antimicrobial strategies be explored for treating these infections. It has been proposed that the antimicrobial peptides might form the foundation for a new class of clinically useful antimicrobials. We review the advantages of these molecules in construction features and bioactivity, with the focus on the mechanism and clinical applications. Keywords: Antibacterial peptides, Mechanism of antibiosis, Clinical application 近年來, 在臨床治療中結(jié)構(gòu)新穎的抗生素發(fā)現(xiàn) 匱乏, 在過去的四十幾年中僅有 3 類新的抗生素藥 出現(xiàn), lipopeptides, oxazolidinones 和 streptogramins, 且這幾種均針對革蘭氏陽性細菌 。新的治療革蘭 氏陰性菌抗生素的缺乏導(dǎo)致抗藥菌群迅猛發(fā)展, 使 某些感染性疾病成為臨床治療的難題, 因此新的抗 菌策略問題急待解決。 抗菌肽(Antibacterial peptides)
[1]

是天然免疫的主要成分, 具有廣譜性、高效性、選 擇毒性、穩(wěn)定性及不易產(chǎn)生抗藥性等特點, 自發(fā)現(xiàn) 和研究至今被認為是現(xiàn)有抗生素的最佳替代品, 其 研究及應(yīng)用已成為生物制藥領(lǐng)域中的熱點。目前不 同類型的抗菌肽已從各種生物包括細菌、真菌、植 物、昆蟲、兩棲類動物、魚類、鳥類、哺乳類動物 和人體中分離出來并得到鑒定�？咕拇砹艘环N

基金項目：國家自然科學(xué)基金(No. 30600044, No. 30771463); 國家“863”計劃項目(No. 2006AA02Z138) * 通訊作者：Tel: 023-65112674; : chenguoping@cqu.edu.cn 收稿日期：2008-06-26; 接受日期：2008-10-15

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新的抗生素替代品, 引起了廣泛的研究興趣, 有望 成為治療耐藥性抗藥細菌的一個方法。本文結(jié)合近 年來國內(nèi)外的研究報道, 介紹了抗菌肽的結(jié)構(gòu)特 點、生物活性并重點闡述了其抗菌機制及臨床應(yīng)用 情況。

defensins 可以增強或抑制細胞內(nèi)功能如趨化性、編 程性細胞死亡、基因轉(zhuǎn)錄以及細胞因子生產(chǎn)等 [10]。 3) 免疫激活：感染或損傷處所分泌的 Cathelicidins 和 defensins 對效應(yīng)細胞具有趨化性, 誘導(dǎo)化學(xué)激活 素的轉(zhuǎn)錄及分泌和肥大細胞的組胺釋放, 這些反應(yīng) 一起則能促進先天的及獲得性免疫細胞的補充 [11]。 4) 炎性及免疫抑制：哺乳動物抗菌肽除了具有促炎 性反應(yīng)外, 也能阻止有害的炎癥應(yīng)答。Cathelicidins 能夠抑制致炎細胞因子如 TNF-α 和 IL-6 的相關(guān)基因 轉(zhuǎn)錄、促炎癥反應(yīng)物質(zhì)的釋放及避免細菌感染后嚙 齒類的膿毒癥, 還能防止引起阻止損傷和炎癥的毒 性組分的產(chǎn)生, 如 PR-39 抑制活性氧簇的生成。5) 免疫增強：抗菌肽可以通過調(diào)節(jié)樹突狀細胞的功能 和抗原特異性免疫應(yīng)答而作用于先天及獲得性免疫 界面 [12]。LL-37 能夠誘導(dǎo)初期的單核細胞衍生的樹 突狀細胞的分化, 增加細胞內(nèi)吞能力, 調(diào)節(jié)吞噬細 胞受體的表達和功能, 同時上調(diào) CD86 的表達及增 加 Th1 細胞因子的分泌作用 [13]。

1

抗菌肽結(jié)構(gòu)特點與生物活性
抗菌肽一般由小于 100 個氨基酸殘基組成, 存

在很多賴氨酸、精氨酸及大于 30%的疏水性氨基酸, 大多帶有一定量的正電荷�？咕牡募易宄蓡T十分 龐大, 目前已經(jīng)有超過 900 種的抗菌肽被從各種生 物中分離鑒定出來。由抗菌肽的二級結(jié)構(gòu)可以將其 分為 4 種種類：(1)帶有 α 螺旋結(jié)構(gòu)的線性肽如 cecropin A[2]、magainin[3]; (2)β 折疊肽如植物防御素 γ-2-purothionin 、hepcidin ; (3)具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的肽 如 subtilosin A[6]; (4)線形肽, 該類型抗菌肽通常帶 有一個或多個占主導(dǎo)地位的氨基酸, 如從牛的嗜中 性細胞里分離出來的 indolicidin 由 13 個氨基酸殘 基組成, 其中就含有 5 個色氨酸 [7]。前 2 種類型是 自然中最常見的抗菌肽類型。還有一些肽并不具有 以上單一的結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)較為新穎, 人類 β defensin 2 既具有α螺旋也有 β 折疊結(jié)構(gòu) [8]。 從海洋兩棲動物 中以螃蟹為食的蛙 Rana cancrivora 皮膚中首次分離 得 到 一 種 抗 菌 肽 cancrin, 氨 基 酸 序 列 為 GSAQPYKQLHKVVNWDPYG, 分析發(fā)現(xiàn)其一級結(jié) 構(gòu)與已有的抗菌肽無相似性, 不能簡單將其劃分為 以上的任何一類抗菌肽 [9] 。除了天然存在的抗菌肽 之外, 還存在著許多人工合成的抗菌肽異構(gòu)體, 現(xiàn) 在已經(jīng)有許多專門收錄各種抗菌肽的數(shù)據(jù)庫, 如 APD 數(shù) 據(jù) 庫 ： , ANTIMIC 數(shù) 據(jù) 庫 ： Templar/DB/ANTIMIC/。 抗菌肽的活性與許多因素有關(guān), 包括抗菌肽的 大小、序列、電荷、結(jié)構(gòu)和構(gòu)象、疏水性及雙親性 等, 其生物功能可以分為幾個方面：1) 直接殺菌作 用：抗菌肽除了能殺滅革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性 菌外, 對病毒、寄生蟲、真菌也具有活性。2) 免疫 系統(tǒng)調(diào)節(jié)物：最近許多研究認為在生理性環(huán)境里, 在先天免疫細胞(嗜中性粒細胞及上皮細胞)和連接 先天免疫及獲得性免疫的細胞(單核細胞、巨噬細 胞、樹狀突細胞)中, 抗菌肽激發(fā)了一系列與炎癥、 先天免疫及獲得性免疫有關(guān)的生物效應(yīng)。哺乳動物

[4] [5]

2

抗菌肽抗菌機制
抗菌肽能夠選擇性抑制細菌生長并殺死細菌,

細菌細胞膜脂質(zhì)富含像磷脂酰甘油、心肌磷脂或絲 氨酸磷脂之類的磷脂首基而帶有負電荷。與之相反, 哺乳動物細胞膜則主要由兩性離子磷脂如腦磷酯、 磷酸卵磷酯、鞘磷脂等組成, 此外哺乳動物細胞膜 中還有一個重要的成分膽固醇, 可以與抗菌肽相結(jié) 合并降低其活性, 因此細胞膜成分的不同是抗菌肽 選擇性殺傷細菌的一個主要因素 [14]。 目前多數(shù)研究者主要用磷脂膜模型體系來研究 抗菌肽與細胞膜的相互作用, 也有些研究者利用膜 潛在的敏感染料和熒光標記肽段來研究抗菌肽與細 胞的相互作用 [15]。關(guān)于抗菌肽的抗菌機制目前還沒 有在研究者中達到一致意見, 根據(jù)現(xiàn)有的研究報道, 可以大致將其分為 4 個階段(如圖 1 所示)：1) 抗菌 肽與細胞膜的初級接觸階段, 2) 抗菌肽閥濃度及構(gòu) 象變化階段, 3) 膜透化階段, 4) 細胞死亡階段。

2.1

抗菌肽與細胞膜初期接觸 關(guān)于抗菌肽與細胞膜的初期相互作用目前主要

存在兩種說法, 分別是靜電相互作用及受體介導(dǎo)的 相互作用�？咕耐ㄟ^靜電作用與微生物細胞膜結(jié) 合早已被普遍認可, 以革蘭氏陰性細菌為例, 1997 年 Hancock 提出抗菌肽與細胞膜最初結(jié)合時, 與

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圖1
Fig. 1

抗菌肽抗菌機制圖

The antibacterial mechanism of antimicrobial peptides

LPS 結(jié)合的二價陽離子被抗菌肽競爭性代替, 且抗 菌肽與 LPS 的結(jié)合能力比陽離子 Ca 和 Mg 的結(jié)合 能力高出 3 個數(shù)量級
[16] 2+ 2+

但越來越多的研究也表明, 少數(shù)抗菌肽是通過受體 介導(dǎo)與細胞膜相結(jié)合, 其中研究最多的是 Nisin。 Nisin 能夠與細胞壁合成的基本前體 Lipid Ⅱ特異性 結(jié)合, 促使革蘭氏陽性細菌膜上形成孔洞從而對細 菌有很強的殺傷性。通過高分辨核磁共振分光檢定 法(High resolution NMR)研究 nisin 和 Lipid Ⅱ 在 SDS 膠束中的相互作用, 結(jié)果認為 nisin 的 N 端首先 結(jié)合到 Lipid Ⅱ上, 發(fā)生結(jié)構(gòu)重排, 而 nisin 的 C 端 則激活孔洞形成 [18]。另外發(fā)現(xiàn)不是所用的天然的 L 型抗菌肽與其 D 型異構(gòu)體都具有一樣的活性 [19], 因 此受體介導(dǎo)的相互作用對某些抗菌肽與微生物表面


。革蘭氏陽性細菌缺乏細胞

外膜或者 LPS, 不過其細胞被膜上含有豐富的帶負 電 荷 的 磷 壁 酸 和 糖 醛 酸 磷 壁 酸 。 Staphylococcus aureus 含有一種未知的抗菌肽抗性機制, 對防御素 不 敏 感 , Peschel A 等 人 研 究 發(fā) 現(xiàn) 其 抗 性 與 基 因 mprF 密切相關(guān), mprF 控制 L-賴氨酸修飾磷脂酰甘 油的過程導(dǎo)致膜表面負電荷的降低, 而 mprF 缺失 的突變株對抗菌肽的敏感性增加 [17]。盡管關(guān)于抗菌 肽與細胞膜的靜電相互作用在研究者中已達到共識,

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的結(jié)合及隨后的殺傷活性十分重要。

肽至少是有 22 個氨基酸的 α 螺旋結(jié)構(gòu)的肽, 或者是 有 8 個氨基酸的具有 β 折疊構(gòu)象的肽 [23]。這個模型 已經(jīng)提出超過 10 年了, 不過幾乎還沒有一個十分確 切的證據(jù)來證明此機制。 2) “環(huán)形孔”(蟲孔)模型：“蟲孔”模型首先 由 Hara T 等人在研究α螺旋肽 mafainins 和 PGLa 時 提出來, 最近有很多研究支持該模型, 其與“桶板” 模型最主要的不同在于脂類與抗菌肽一起形成跨膜 通道。通過 NMR、熒光淬滅及 CD 等方法證實, 胞 外的抗菌肽在與帶電荷及疏水的細菌細胞膜相互作 用時, 形成α螺旋構(gòu)象 [24]。 結(jié)合到細胞膜上的肽的疏 水殘基極性頭移位造成疏水域的裂口及引起細胞膜 正向彎曲拉伸。裂口與拉伸進一步破壞了膜的完整 性, 當抗菌肽與脂類的比率達到一定臨界值時, 抗 菌肽開始垂直定向于細胞膜, 單環(huán)開始自我聚集, 形成動態(tài)的肽-脂類超分子復(fù)合物 [25]。 該環(huán)形孔的形 成及易位決定于抗菌肽與脂類的比率, 抗菌肽濃度 太高時由于其正電荷側(cè)鏈靜電排斥作用導(dǎo)致孔穩(wěn)定 性降低。 有研究報道, 當脂類與 mellitin 的比率達到 50 時, 有直徑 2.5 nm~3.0 nm 的孔的形成, 另外當該 比率增加時, 孔的直徑隨之增加 [20,26]。Magainin 誘 導(dǎo)生成的“蟲孔”直徑較 大, 內(nèi)徑 大約 為 3.0 nm~ 5.0 nm, 外徑則為 7.0 nm~8.4 nm, 每個孔僅有 4~7 個 magainin 單體, 卻有約 90 個脂質(zhì)分子 [27,28]。 3)“氈毯”模型：陽離子抗菌肽平行排列在細 胞壁表面形成類似“氈子”的結(jié)構(gòu), 與其他模型一樣, 陽離子抗菌肽通過靜電作用結(jié)合到細胞膜上, 覆蓋 在磷脂雙層上, 當抗菌肽密度達到一定臨界值時, 細胞膜能量惡化, 完整性喪失, 細胞膜出現(xiàn)顯著的 彎曲從而破裂。此模型中陽離子抗菌肽的疏水部分 并 不 插 入 細 胞 膜 , 細 胞 膜 也 并 無 槽 的 形 成 [29] 。 Cecropin P1 以 這 種 機 制 作 用 于 微 生 物 , 通 過 對 cecropin P1 進行極化 ATR-FTIR 光譜學(xué)分析發(fā)現(xiàn), 該肽最初定向平行于膜表面, 隨著抗菌肽濃度的增 加在膜表面形成了肽單體的濃縮層, 最終導(dǎo)致細胞 膜的破裂 [14]。 4)“凝聚”模型：膜的透化作用對于抗菌肽的 抗菌活性是必要的但還不足以解釋其殺菌活性, 某 些抗菌肽如 Gramicidin S 在低于其 MIC 時就能引起 最大程度的膜去極化, 這說明單單細胞膜去極化并 不是微生物死亡的最關(guān)鍵的因素。凝聚模型認為抗 菌肽插入到細胞膜后, 由肽和脂質(zhì)組成膠束復(fù)合物,

2.2

抗菌肽與膜結(jié)合之后的主要變化
抗菌肽與細胞膜表面結(jié)合之后, 進入第 2 個作

用階段, 可稱之為閾濃度階段。這個階段首先包括 了抗菌肽在細胞膜表面的積累, 影響閾濃度的參數(shù) 很多, 如抗菌肽濃度、自我聚集的傾向和磷脂膜的 組成成分、流動性、首基的大小等
[20]

�？赡苡绊戦y

濃度的另外一個重要因素是許多細菌細胞膜的膜電 位(?ψ), 人們推測?ψ牽動著陽離子肽泳向非極性細 胞膜環(huán)境, 并有效地降低了孔洞形成的能量障礙。 一些抗菌肽的活性依賴于相當量的?ψ如 nisin, 當其 N 端的賴氨酸被亮氨酸取代之后, nisin 喪失其電壓 依賴性
[21]

。

抗菌肽與細胞膜結(jié)合之后發(fā)生結(jié)構(gòu)或構(gòu)象的轉(zhuǎn) 變, α螺旋肽很好地證明了這個說法。研究證明, α螺 旋抗菌肽在水溶液環(huán)境中呈無規(guī)則構(gòu)象, 然而與磷 脂雙層相結(jié)合后則迅速形成嚴格的兩親性α螺旋構(gòu) 象。有趣的是, 一些抗菌肽只有與負電荷雙分子層 結(jié)合時才能完成構(gòu)象的轉(zhuǎn)變, 如蛙皮肽 PGLa 與由 磷酸卵磷酯和鞘磷脂組成的膜結(jié)合時, 顯示無規(guī)則 構(gòu)象, 只有與由磷脂酰甘油和腦磷酯組成的膜作用 時, 形成α螺旋構(gòu)象 [22]。 另有研究認為抗菌肽與細胞 膜結(jié)合之后, 抗菌肽之間或抗菌肽與脂質(zhì)會相互作 用, 可能會形成絡(luò)合物結(jié)構(gòu), 不過抗菌肽形成四 級結(jié)構(gòu)的潛力與其自身單體的組成及構(gòu)象有根本關(guān) 系 [14]。 2.3 膜透化機制 關(guān)于膜透化作用已經(jīng)提出了許多機制, 由于微 生物超微結(jié)構(gòu)的差異性, 同種抗菌肽可能通過不同 的抗菌機制作用于不同微生物�？咕囊部赡苡貌� 同的機制殺死同一個物種, 這決定于一些因素如生 長狀態(tài)、組織位置、其他免疫機制的存在或缺乏等 等。以下討論的 4 種機制是目前根據(jù)大量的研究得 出的理論, 要指出的是, 在這個領(lǐng)域的研究者們目 前還沒有達到完全的意見一致。 1) “桶板”模型：數(shù)量相對較少的陽離子抗菌 肽在電荷的作用下, 結(jié)合在細胞膜表面并相互聚合, 肽分子中的疏水面向外朝向細胞膜的�；�, 而親 水面形成孔或槽, 形成橫跨細胞膜的離子通道。離 子通道一旦形成, 外界的水分即可滲入細胞內(nèi)部, 細胞質(zhì)也可滲透到外部。由于失去能量, 嚴重時細 胞膜即會崩解而導(dǎo)致細胞死亡 [21]。形成跨膜的抗菌


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以凝聚物形式橫跨細胞膜, 形成動態(tài)的孔, 抗菌肽 透過這種機制也可以進入胞內(nèi)。與蟲孔模型不同, 在此模型中抗菌肽沒有特定的取向
[30]

抗菌肽在殺滅一些敏感病菌時效果不如特定的傳統(tǒng) 抗生素好, 但其優(yōu)勢之一就是能有效的作用于多重 耐藥性菌, 其殺菌作用十分迅速且具有復(fù)雜的細菌 胞內(nèi)作用靶點。 與傳統(tǒng)抗生素相比, 抗菌肽具有許多臨床應(yīng)用 的優(yōu)點 [1]：1) 抗菌肽除了能殺滅細菌、真菌、寄生 蟲和病毒之外, 也對癌細胞有一定殺傷作用, 此外 抗菌肽在先天及獲得性免疫方面扮演著十分重要的 角色; 2) 傳統(tǒng)抗生素對細菌的作用靶點通常是單一 的個體或者族群(如青霉素結(jié)合蛋白、拓撲異構(gòu)酶 等), 而抗菌肽的作用靶點并不如此特定, 可能存在 多靶點; 3) 在耐藥性上, 傳統(tǒng)抗生素的抗藥性菌產(chǎn) 生頻率大約為 10?7 至 10?10, 或者僅僅在亞 MIC 濃 度下幾代產(chǎn)生, 而對于抗菌肽來說, 耐藥性一般不 能直接產(chǎn)生, 需要在亞 MIC 下誘導(dǎo)許多代后才有耐 藥性菌的產(chǎn)生; 4) 抗菌肽由于蛋白酶的水解作用, 其半衰期較傳統(tǒng)抗生素要短許多; 5) 抗菌肽可以相 對獨立的發(fā)揮其抗菌作用, 也可以與其他因子協(xié)同 作用, 顯示出更高的活性, 抗菌肽之間, 抗菌肽與 傳統(tǒng)抗生素具有協(xié)同作用, 也與乳鐵蛋白、溶菌酶 等發(fā)生作用以提高活性 [35]。

。

2.4

細胞死亡
僅僅是膜通透性的改變不能完全解釋抗菌肽的

強殺菌作用, 細胞膜透化作用和細胞死亡不存在必 然的聯(lián)系, 某些抗菌肽在最低有效濃度時不會引起 細胞膜的透化但是仍然可以殺死細菌。在細胞死亡 的過程中, 細胞膜的透化作用與細胞內(nèi)功能的破壞 相比, 對細胞死亡的影響相對較小。許多抗菌肽穿 過細胞膜在細胞內(nèi)積累并干擾胞內(nèi)正常功能, 引起 細菌死亡, 因此研究者們認為抗菌肽存在著胞內(nèi)作 用靶點。胞內(nèi)殺菌機制主要有以下幾種 [31]：1) 引起 胞內(nèi)物質(zhì)的絮凝反應(yīng), 2) 抑制細胞壁生成, 3) 與核 酸物質(zhì)相結(jié)合, 4) 抑制核酸或蛋白質(zhì)合成, 5) 抑制 酶的活性, 6) 改變細胞膜：抑制隔膜形成。魚類抗 菌肽 pleurocidin 的衍生物, 在其有效抑菌濃度時可 以抑制 DNA、RNA 的合成而不引起細胞膜的透 化 [32]。兩個來源于牛中的抗菌肽 Bac5 和 Bac7, 抑 制 E. coli 和 Klebsiella pneumoniae 中 蛋 白 質(zhì) 和 RNA 的生成, 并引起 ATP 的下降阻止呼吸作用 [33]。 富組蛋白 Histatins 與真菌細胞膜上的一個受體相結(jié)合 后, 進入細胞質(zhì)誘導(dǎo)正在進行積極呼吸的細胞 ATP 的 大量損失, 從而導(dǎo)致細胞死亡, 此外還發(fā)現(xiàn) Histatins 可以破壞細胞周期并導(dǎo)致活性氧簇的產(chǎn)生 [34]。 綜上所述, 抗菌肽的作用機制根據(jù)其作用細胞 的特異性、抗菌肽自身的濃度、微生物細胞膜的生 物物理性質(zhì)等不同。與此同時, 在殺滅同一種微生 物時, 抗菌肽可能會運用超過一種機制, 如細胞膜 透化機制與抑制胞內(nèi)一種或幾種重要物質(zhì)的正常功 能相結(jié)合來殺死微生物。另外需要注意的是, 在研 究中所使用的模擬膜系統(tǒng)、運用的方法、抗菌肽所 處狀態(tài)的不同, 很可能得出的抗菌機制不同。目前 許多研究者用多種方法、從不同角度來研究抗菌肽 作用機理, 以期得到更為可靠的結(jié)果。

3.2

抗菌肽臨床應(yīng)用現(xiàn)狀
抗菌肽類藥物已經(jīng)開始走入醫(yī)藥市場, 已知的

有兩種局部性和兩種全身性應(yīng)用于臨床的抗菌肽類 藥物, 局部應(yīng)用的藥物包括 polymyxins 和 gramicidin S, 用來治療由 P. aeruginosa 和 Acinetobacter baumannii 引起的感染, 臨床證實其安全及有效, 也 沒有發(fā)現(xiàn)抗藥性。 不幸的是 Polymyxins 和 gramicidin S 都具有很大的毒性, 這阻礙了其作為全身用藥的 使用。臨床上一般將 polymyxins 和 gramicidin S 一 起用于燒傷后皮膚再生、手術(shù)傷口灌洗、消化道選 擇性去污染、眼部的表面感染及小傷口感染等。后 續(xù)很多研究努力降低其毒性, 效果甚微, 卻發(fā)現(xiàn)了 colistin (polymyxin E1、 E3)的前體 colomycin, 能 E2、 全身性的用于患有纖維囊泡癥的病人的肺部感染[36]。 Daptomycin 是 1 種陰離子脂肽, 針對革蘭氏陽性菌 有殺菌作用, 2003 年 9 月, FDA 批準其用于并發(fā)性的 皮膚感染, 有趣的是其功能依賴于 Ca2+, 在 Ca2+的 存在下 daptomycin 與細菌細胞膜的相互作用與陽離 子抗菌肽類似 [37]。 Pexiganan 是 magainin2 的 1 種同系物, 具有 22 個氨基酸, 是第 1 個應(yīng)用于糖尿病并發(fā)癥 LocilexTM


3
3.1

抗菌肽臨床應(yīng)用
抗菌肽臨床應(yīng)用優(yōu)點 抗菌肽具有新的抗生素類所需要的很多特性,

它可以作為單獨的抗菌劑使用, 也可以與傳統(tǒng)的抗 生素聯(lián)合使用具有協(xié)同作用, 作為免疫調(diào)制劑或中 和內(nèi)毒素, 因此抗菌肽的臨床應(yīng)用潛力很大。盡管

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局部治療的抗生素乳膏。1999 年 FDA 因為其效用 與現(xiàn)有的抗生素相比并不顯著否決了這項新藥, 盡 管在進行 II 期臨床試驗時, pexiganan 具有良好的療 效
[38]

于插管相關(guān)的感染, 在已完成的 III 期臨床試驗中, MX-226 降低了 49%的局部導(dǎo)管感染率和 21%的導(dǎo) 管微生物定植, 2005 年 Migenix 和 Cadence Pharmaceuticals 合作啟動了證實其抑制局部導(dǎo)管感染效力 的 IIIb 期臨床試驗。MX-594AN 是 1 種新的用于治 療座瘡的藥物, 2003 年Ⅱb 臨床試驗完成( migenix.com)。除以上介紹的藥物外, 還有一些抗 菌肽類藥品進入臨床或臨床前試驗狀態(tài), 如表 1 所 示 [1,40?42]。

。Iseganan 是豬的內(nèi)源性抗微生物多肽

protegrin-1 的類似物, Trotti A 等報道 Iseganan 在Ⅲ 期臨床試驗中沒有能夠避免或減輕患有頭與頸部惡 性腫瘤的病人在接受放射療法時的口腔黏膜炎及呼 吸器相關(guān)性肺炎
[39]

。 目前應(yīng)用前景很好的有 MX-226

和 MX-594AN 兩種抗菌肽類藥物。MX-226 主要用
表1
產(chǎn)品 Product Polymixin B-Collstin-Colomycin Daptomycin Cyanovirin-N Pexiganan Iseganan(IB-367, protegrin) Enfuvirtide, T-20 MX-226(CPI-226) PG-1 protegrin MX-594AN Neuprex P113/P113D Hlf1-11 D2A2 SB006 Plectasin IMXC001 lactoferricin-B HB 50 公司 Company RX Generic Drugs Cubist Pharmaceuticals Biosyn Genaera plymouthMeeting Intrabiotics Trimeris Cadencepharm Intrabiotics Migenix Xoma Corp Demegen/Pacgen AM-Pharma Demegen SpiderBiotech Novozymo Inimex Pharmaceuticals AM Helix Biomedix

抗菌肽類藥物開發(fā)情況
治療疾病 Applications 用于 G-引起的皮膚感染 用于 G+引起的皮膚感染, 膿毒癥 HIV 病毒 應(yīng)用于糖尿病并發(fā)癥 LocilexTM 局部治療 粘膜炎、膽囊纖維化、肺部感染 艾滋病 中心靜脈導(dǎo)管感染 金黃色釀膿葡萄球菌等引起的腹膜感染 痤瘡 腦膜炎 口腔粘膜炎 同種干細胞移植術(shù)中細菌和真菌感染 燒傷、感染 G-引起的感染 G-引起的感染 膿毒癥 真菌感染 金黃色釀膿葡萄球菌引起的傷口感染 開發(fā)階段 Phase of clinical trials 已上市 2003 年 9 月 FDA 批準上市 新藥審查中 FDA 否決 Ⅲ期失敗 Ⅲ期 Ⅲb 期 Ⅲ期 2003 年Ⅱb 完成 Ⅲ期失敗 Ⅱb 期 Ⅱ期 Ⅱ期 臨床前試驗 臨床前試驗 臨床前試驗 臨床前試驗 臨床前試驗

Table 1 Clinical development of antimicrobial peptides

抗菌肽所具有的生物活性特點使之具有更廣泛 的用途, 如被用來研究成為化學(xué)避孕套以防止性傳 播疾病的傳播, 也用來作為探針檢測細菌或者真菌 類感染。在惡性腫瘤的治療中, 多向性抗藥(MDR) 是許多癌癥化學(xué)治療失敗的原因之一, 通常由于 P糖蛋白的過度表達所引起, 研究證實一些抗菌肽通 過觸發(fā)編程性細胞死亡或形成離子通道對癌細胞具 有細胞毒性且副作用與現(xiàn)有的傳統(tǒng)化學(xué)治療藥物相 比要小很多, 其中的一些抗菌肽還可以作用于 MDR 癌細胞 [43]�？咕某四軌蛑苯影l(fā)揮其抗菌作用外,


還可以作為藥物載體。施藥載體所必須具備的 2 個 條件是：1) 無毒性或低毒性; 2) 具有滲透細胞的能 力。Laszlo Otvos 將昆蟲抗菌肽 pyrrochoricin 和其衍 生物作為施藥運載工具, 證實 pyrrochoricin 同系物具 有運載抗原依賴性疫苗的潛力 [44]。Magainin 與溶于 50%乙醇的表面活性劑增強劑 N-月桂酰肌氨酸一起可 以破壞皮膚角質(zhì)層中的脂質(zhì)結(jié)構(gòu), 從而增加了 47 倍的 皮膚透過性, 這一結(jié)果對穿皮給藥法意義重大[45]。 3.3 抗菌肽應(yīng)用所面臨的問題及解決方案 高生產(chǎn)成本是阻礙抗菌肽大規(guī)模臨床應(yīng)用的最

侯曉姝等: 抗菌肽的抗菌機制及其臨床應(yīng)用

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首要的問題, 現(xiàn)有的抗菌肽價格大約為 50-400 美元 每克, 這對于大多數(shù)人都難以負擔(dān), 因此急需建立 商業(yè)化生產(chǎn)平臺。很多研究者在致力于解決生產(chǎn)成 本的問題, T-20 是一種 HIV 結(jié)合抑制肽, 由 Roche 公司第一次采用固相-液相結(jié)合的方法實現(xiàn)其噸級 生產(chǎn)。合成法生產(chǎn)抗菌肽時, 減少肽的大小十分重 要, 很多藥業(yè)公司開始尋找更小的抗菌肽。運用基 因工程手段, 在微生物中進行重組表達是減少成本 的 另 一 個 選 擇 。 Novozyme 公 司 ()報道其利用真菌表達系統(tǒng)表達了符 合臨床給藥要求的高產(chǎn)量及高活性 Plectasin, 該表 達系統(tǒng)也已被用來生產(chǎn)其他的蛋白質(zhì)。Plectasin 是 第一個具有臨床應(yīng)用潛力的真菌防御素, 動物實驗 證實了其在治療細菌性腹膜炎和肺炎的有效性 [46]。 盡管很多抗菌肽在體外試驗中表現(xiàn)出了抗菌活 性, 但在生理鹽及血清條件下, 其抗菌活性幾乎消 失。人 β 防御素在高鹽濃度的囊性纖維化支氣管肺 液中喪失了其抗 P. aeruginosa 能力, 從而導(dǎo)致致命 的慢性感染
[47]

因素, 如可能存在的毒性問題、對抗菌肽的藥效學(xué) 及藥物代謝動力學(xué)研究的不足等, 不過研究者們都 在致力于解決這些問題。人們開始尋找更多的適合 大量生產(chǎn)抗菌肽的體系, 酵母菌、大腸桿菌、植物 等等表達體系都被用來研究其生產(chǎn)能力及活性。而 對天然抗菌肽的結(jié)構(gòu)改造, 除了讓其分子更小、活 性更高外, 也減少了對真核生物的毒性及縮小生產(chǎn) 成本。受到矚目的耐藥性問題雖然有研究證實其產(chǎn) 生的可能性, 但都是在嚴格的實驗條件下, 經(jīng)過很 多代的篩選而出現(xiàn), 實際應(yīng)用時相對來講耐藥菌的 產(chǎn)生還是很困難的�？傊�, 在傳統(tǒng)抗生素耐藥性問題 十分嚴峻的情況下, 抗菌肽的臨床應(yīng)用潛力很大。

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結(jié)束語
抗菌作為天然免疫分子是許多生物抵御病菌感

染的“化學(xué)屏障”, 其有效抵御病毒的歷史十分久遠, 可能隨著生物的進化而進化, 而一些研究也表明在 生物體內(nèi)存在著抗菌肽的信號通路。因此, 可以認 為抗菌肽是生物體的一個部分, 其在生物體內(nèi)所具 有的作用可能還有一些有待發(fā)現(xiàn)。另外其抗菌機制 不同于傳統(tǒng)抗生素, 產(chǎn)生耐藥性菌株的可能性大大 降低, 因此有很大的潛力成為傳統(tǒng)抗生素的替代品 或輔助治療品。 抗菌肽應(yīng)用于臨床方面有 2 個途徑： 1) 直接作為臨床應(yīng)用藥物, 殺死病原體; 2) 利用外 界刺激或者分子調(diào)控等方法調(diào)節(jié)內(nèi)源性抗菌肽的表 達。前者已經(jīng)有了許多進展, 盡管到現(xiàn)在為止真正 應(yīng)用到治療中的抗菌肽類藥物很少, 也存在著一些 問題尚未解決, 很多這方面的研究工作正在進行, 一些大的制藥公司也關(guān)注于幾種抗菌肽并進行其臨 床前及臨床研究。對于第 2 種途徑, 可能是解決很 多現(xiàn)代醫(yī)療難題的更好、更徹底的選擇, 其面臨的 挑戰(zhàn)也更大。目前關(guān)于抗菌肽的研究十分多, 包括 從分子水平上研究抗菌肽基因的調(diào)控途徑, 分析抗 菌肽結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系, 人為改造或合成抗菌肽, 找到合適的生產(chǎn)體系以期得到商業(yè)化生產(chǎn), 抗菌肽 藥物的臨床研究等等。我們相信隨著研究的深入, 問題將一個個被攻破, 抗菌肽將會越來越多的造福 于人類。

。然而有些肽如 polyphemusins 其活

性對鹽濃度不是十分敏感, 可以通過改變抗菌肽的 親水疏水性、電荷及 α 螺旋度來降低多肽對鹽的敏 感性 [48]。 抗菌肽抵御細菌等的感染已經(jīng)有很長的歷史, 其抗菌機制決定了敏感性細菌要產(chǎn)生抗藥性的話, 其細胞膜結(jié)構(gòu)必須有很大的改變, 而這種結(jié)構(gòu)改變 極可能對細菌本身有著更大的生命威脅, 因此敏感 細菌的耐藥性似乎不太可能。而抗菌肽的多樣性、 感染方式的不同及抗菌肽作用機制的差異也預(yù)示著 天然的細菌群體產(chǎn)生抗藥性的產(chǎn)生十分困難。不過 總存在著一定的病菌, 由于有著十分穩(wěn)定的細胞膜 結(jié)構(gòu)或功能性特點使之具有天生的耐藥性。另 外 Perron GG 等報道, 在實驗室中對 Escherichia coli 和 Pseudomonas fluorescens 進行持續(xù)不斷的篩選, 經(jīng)過了 600~700 代后, 22/24 的譜系獨立進化出了可 遺傳的對陽離子抗菌肽 pexiganan 的耐藥性 [49]。這 一研究結(jié)果顯示, 抗菌肽在臨床應(yīng)用時, 也有可能 導(dǎo)致耐藥細菌的產(chǎn)生, 雖然其可能性比傳統(tǒng)抗生素 小的多, 但也不得不提醒我們在用抗菌肽進行治療 時進行嚴格的調(diào)控以避免耐藥性的出現(xiàn)。 目前抗菌肽用于臨床治療還存在著其他的制約

參 考 文 獻
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