第十一章第十一章抗菌肽抗菌肽抗菌药物新资源抗菌药物新资源第一节第一节 抗菌肽类活性物质的发展抗菌肽类活性物质的发展一、抗菌肽简介一、抗菌肽简介n从微生物代谢产物中分离得到的一些多肽类抗从微生物代谢产物中分离得到的一些多肽类抗生素很早已经被应用生素很早已经被应用; ;n但继但继19801980年在美国天蚕体内发现了第一个动物年在美国天蚕体内发现了第一个动物来源的抗生素多肽杀菌肽来源的抗生素多肽杀菌肽（cecropincecropin）以来，以来，在昆虫、两栖类、水产动物、包括人在内的哺在昆虫、两栖类、水产动物、包括人在内的哺乳动物甚至植物及细菌等广泛的生物谱中发现乳动物甚至植物及细菌等广泛的生物谱中发现了至少了至少17001700余种抗菌肽余种抗菌肽; ;n它们构成了宿主抵抗外来病原菌感染的第一道它们构成了宿主抵抗外来病原菌感染的第一道防线 一、抗菌肽简介一、抗菌肽简介n抗菌肽是一类带正电荷的两亲性小分子肽的总抗菌肽是一类带正电荷的两亲性小分子肽的总称称,通常含有通常含有11115050个氨基酸残基个氨基酸残基 n按抗菌肽来源分为按抗菌肽来源分为:n微生物抗菌肽微生物抗菌肽;n动物抗菌肽动物抗菌肽;n人源性抗菌肽人源性抗菌肽;n植物抗菌肽等。
植物抗菌肽等一、抗菌肽简介一、抗菌肽简介n其中动物抗菌肽又分为其中动物抗菌肽又分为: :n昆虫抗菌肽昆虫抗菌肽; ;n哺乳动物抗菌肽哺乳动物抗菌肽; ;n两栖动物抗菌肽两栖动物抗菌肽3 3大类n根据抗菌肽作用对象的不同，又可以分为根据抗菌肽作用对象的不同，又可以分为: :n抗细菌肽抗细菌肽; ;n抗真菌肽抗真菌肽; ;n抗肿瘤肽抗肿瘤肽; ;既抗细菌又抗真菌的抗菌肽既抗细菌又抗真菌的抗菌肽; ;n既抗肿瘤又抗微生物的抗菌肽等类型既抗肿瘤又抗微生物的抗菌肽等类型一、抗菌肽简介一、抗菌肽简介n如此繁多的抗菌肽有其共同的特性，即微如此繁多的抗菌肽有其共同的特性，即微量抗菌谱广（包括革兰阳性菌、革兰阴性量抗菌谱广（包括革兰阳性菌、革兰阴性菌、真菌、寄生虫），同时有抗某些带包菌、真菌、寄生虫），同时有抗某些带包膜病毒的作用，甚至可杀伤肿瘤细胞，但膜病毒的作用，甚至可杀伤肿瘤细胞，但且且大多数抗菌肽对正常真核细胞无毒性或大多数抗菌肽对正常真核细胞无毒性或低毒性，且几乎无耐药性低毒性，且几乎无耐药性n正因如此，抗菌肽亦被称为正因如此，抗菌肽亦被称为 天然的抗生素天然的抗生素 ，因其有望克服日益严重的抗生素耐药问因其有望克服日益严重的抗生素耐药问题而引起了人们极大的兴趣。
题而引起了人们极大的兴趣 一、抗菌肽简介一、抗菌肽简介n对动物来源的抗菌肽的研究发现它们中的大多数是生物对动物来源的抗菌肽的研究发现它们中的大多数是生物预防微生物感染的预防微生物感染的天然防卫系统天然防卫系统的重要组成的重要组成; ;n在人和其它哺乳类中，这些多肽如防御素在人和其它哺乳类中，这些多肽如防御素（defensinsdefensins）是中性白细胞构成中的主要蛋白类物质）是中性白细胞构成中的主要蛋白类物质（总共为（总共为101018%18%），中性白细胞是对微生物侵袭和急，中性白细胞是对微生物侵袭和急性感染起着直接防卫作用的最重要的细胞性感染起着直接防卫作用的最重要的细胞; ;n其它细胞也能产生这些多肽其它细胞也能产生这些多肽; ;n在在受伤的黏膜表面受伤的黏膜表面包括舌、气管、肠等发现有包括舌、气管、肠等发现有高浓度的高浓度的多肽多肽，这可能是一种重要的黏膜保护成分这可能是一种重要的黏膜保护成分 一、抗菌肽简介一、抗菌肽简介n当科学家研究受伤的青蛙和蟾蜍为什么在当科学家研究受伤的青蛙和蟾蜍为什么在恶劣的环境下不受感染的原因时，发现了恶劣的环境下不受感染的原因时，发现了滑瓜蟾素（滑瓜蟾素（magaininsmagainins）; ;n滑瓜蟾素和昆虫多肽如杀菌肽都由受伤后滑瓜蟾素和昆虫多肽如杀菌肽都由受伤后诱导产生，可以假定，这种诱导反应与生诱导产生，可以假定，这种诱导反应与生物体产生的免疫反应相似。
物体产生的免疫反应相似 二、阳离子多肽的基本结构和功能二、阳离子多肽的基本结构和功能n阳离子多肽有两个显著的特征：阳离子多肽有两个显著的特征：n一是根据组成多肽分子的精氨酸和赖氨酸的数量，这些一是根据组成多肽分子的精氨酸和赖氨酸的数量，这些多肽具有至少一个净的二价正电荷，这些氨基酸在自然多肽具有至少一个净的二价正电荷，这些氨基酸在自然pHpH条件下都带有正电荷；条件下都带有正电荷；n二是这些带有正电荷的多肽能够在与细菌质膜发生作用二是这些带有正电荷的多肽能够在与细菌质膜发生作用时折叠成三维空间结构，从而可以形成由一个非极性氨时折叠成三维空间结构，从而可以形成由一个非极性氨基酸侧链组成的疏水面，和另外一个由极性氨基酸残基基酸侧链组成的疏水面，和另外一个由极性氨基酸残基和带有正电荷氨基酸残基组成的亲水面和带有正电荷氨基酸残基组成的亲水面; ;n尽管这些阳离子多肽都具有这两个面，但其在氨基酸组尽管这些阳离子多肽都具有这两个面，但其在氨基酸组成、多少和与细胞质膜发生作用后所形成的三维结构上成、多少和与细胞质膜发生作用后所形成的三维结构上差距甚大差距甚大 二、阳离子多肽的基本结构和功能二、阳离子多肽的基本结构和功能n根据已经发现的根据已经发现的100100多种阳离子多肽在细菌质膜上形成的三维结多种阳离子多肽在细菌质膜上形成的三维结构可以将其分为构可以将其分为4 4种类别：种类别：n第一种为第一种为-螺旋结构螺旋结构: :如如cecropinscecropins（从（从HyalophoraHyalophora cecropiacecropia 昆虫中分离得到）和昆虫中分离得到）和magaininsmagainins( (从从XenopusXenopus laevislaevis非洲蛙中分离非洲蛙中分离得到得到););n第二种为由第二种为由2 2至至3 3个二硫键桥稳定的个二硫键桥稳定的-片层结构片层结构: :如如defensinsdefensins（可来自于不同的动物和植物）、（可来自于不同的动物和植物）、protegrinsprotegrins（来自于猪）和（来自于猪）和tachyplesinstachyplesins（来自于蟹）等（来自于蟹）等; ;n第三种为含有一个或多个二硫键而形成环状结构的多肽第三种为含有一个或多个二硫键而形成环状结构的多肽: :如如bactenecinbactenecin（来自于牛）（来自于牛）; ;n第四种为富含某种特殊氨基酸如脯氨酸第四种为富含某种特殊氨基酸如脯氨酸/ /精氨酸的伸展螺旋精氨酸的伸展螺旋: :如牛如牛多肽多肽Bc5Bc5和和Bac7Bac7，以及猪多肽，以及猪多肽PR-39PR-39等。
等a a）：）：-片层结片层结构的人源构的人源defensin-1defensin-1；（b b）：）：-螺旋结螺旋结构的构的cecropin-cecropin-melitlinmelitlin杂合体；杂合体；（c c）：伸展螺旋的）：伸展螺旋的indolicidinindolicidin； （d d）：环状结构的）：环状结构的bactenecinbactenecin三、阳离子多肽的作用机制三、阳离子多肽的作用机制n目前，国内外学者一致认为目前，国内外学者一致认为细胞膜是抗菌细胞膜是抗菌肽的主要作用靶点，多肽通过肽膜脂作肽的主要作用靶点，多肽通过肽膜脂作用而在细胞膜上形成孔道用而在细胞膜上形成孔道:n造成细胞膜结构破坏造成细胞膜结构破坏;n膜内外电压失衡膜内外电压失衡;n内容物泄漏内容物泄漏;n最终导致细胞死亡最终导致细胞死亡带有正电荷的多肽（带有正电荷的多肽（1 1）与带有负电荷的磷脂双层外表面（细胞质）与带有负电荷的磷脂双层外表面（细胞质膜膜2 2）结合，导致局部的磷脂双层变窄在膜电位的影响下，多肽）结合，导致局部的磷脂双层变窄在膜电位的影响下，多肽插入膜内形成通道（插入膜内形成通道（3 3），导致胞质内分子外流，最终导致细胞死），导致胞质内分子外流，最终导致细胞死亡。
亡n阳离子多肽穿过革兰阴性菌细胞外膜的自身促进吸收作用阳离子多肽穿过革兰阴性菌细胞外膜的自身促进吸收作用n带有正电荷的多肽与结合在脂多糖上的二价阳离子产生交互作用，带有正电荷的多肽与结合在脂多糖上的二价阳离子产生交互作用，导致增强穿越细胞外膜的阳离子多肽的自身吸收阳离子多肽在导致增强穿越细胞外膜的阳离子多肽的自身吸收阳离子多肽在细胞外膜上产生的交互作用也能导致增加其它常用抗菌药物的吸细胞外膜上产生的交互作用也能导致增加其它常用抗菌药物的吸收，因而具有抗菌增强剂的作用阳离子多肽与细胞外膜上脂多收，因而具有抗菌增强剂的作用阳离子多肽与细胞外膜上脂多糖的结合可以用来解释这些多肽具有抗内毒素作用的原因糖的结合可以用来解释这些多肽具有抗内毒素作用的原因三、阳离子多肽的作用机制三、阳离子多肽的作用机制n肽膜脂作用的具体机制，观点不一，较肽膜脂作用的具体机制，观点不一，较为经典的有如下几种模式：为经典的有如下几种模式：n桶状孔道模式（桶状孔道模式（barrelbarrelstavestave model model）; ;n毯式模式（毯式模式（carpet modelcarpet model）; ;n虫蚀样孔道模式（虫蚀样孔道模式（toroidaltoroidal (wormhole) (wormhole) pore modelpore model）。
桶状孔道模式和毯式模式桶状孔道模式和毯式模式 1 1、桶状孔道模式、桶状孔道模式n抗菌肽抗菌机制的早期研究多认为抗菌肽是通过桶抗菌肽抗菌机制的早期研究多认为抗菌肽是通过桶状孔道模式形成细胞膜孔道而实现其杀菌作用的状孔道模式形成细胞膜孔道而实现其杀菌作用的.n以此模式形成细胞膜孔道的抗菌肽需符合如下要求：以此模式形成细胞膜孔道的抗菌肽需符合如下要求：n抗菌肽以单体或多聚体的形式吸附于细胞膜；抗菌肽以单体或多聚体的形式吸附于细胞膜；n吸附于膜的抗菌肽在低浓度下可以彼此识别并形成多吸附于膜的抗菌肽在低浓度下可以彼此识别并形成多聚体；换句话说，如果它们在细胞膜表面仅以小分子的聚体；换句话说，如果它们在细胞膜表面仅以小分子的单体或寡聚体存在，则不能破坏细胞膜；单体或寡聚体存在，则不能破坏细胞膜；n在与膜作用的疏水环境中可以插入到细胞膜的疏水核在与膜作用的疏水环境中可以插入到细胞膜的疏水核心；心；n单体或寡聚体的后续募集可以增大孔径其肽膜脂单体或寡聚体的后续募集可以增大孔径其肽膜脂作用过程与虫蚀样孔道形成相似作用过程与虫蚀样孔道形成相似 2 2、毯式模式、毯式模式n在此过程中：带正电荷的抗菌肽单体分子通过静电在此过程中：带正电荷的抗菌肽单体分子通过静电作用象毯子一样吸附于带负电荷的细胞膜，作用象毯子一样吸附于带负电荷的细胞膜，-螺旋纵螺旋纵轴与质膜平行，且其亲水侧与细胞膜脂质头端相接；继轴与质膜平行，且其亲水侧与细胞膜脂质头端相接；继之，因疏水作用之，因疏水作用-螺旋旋转重排至其疏水侧朝向细胞螺旋旋转重排至其疏水侧朝向细胞膜的疏水核心；当抗菌肽分子超过一定浓度时，通过破膜的疏水核心；当抗菌肽分子超过一定浓度时，通过破坏细胞膜脂质排列而致其破碎，就象去污剂破坏细胞一坏细胞膜脂质排列而致其破碎，就象去污剂破坏细胞一样，故此模式又称去污剂样模式。
而在细胞溶解之前，样，故此模式又称去污剂样模式而在细胞溶解之前，可能有一个膜脂暂时性成孔（虫蚀样孔）的过程可能有一个膜脂暂时性成孔（虫蚀样孔）的过程n 与桶状孔道模式相比，毯式模式无需抗菌肽的特殊与桶状孔道模式相比，毯式模式无需抗菌肽的特殊结构，也无需形成膜孔道，但需要强调的是，抗菌肽的结构，也无需形成膜孔道，但需要强调的是，抗菌肽的正电荷需要分布于多肽全长，且在脂膜作用的整个过正电荷需要分布于多肽全长，且在脂膜作用的整个过程中抗菌肽始终与脂质头端作用而无多肽垂直重排过程程中抗菌肽始终与脂质。