抗菌肽是生物体内经诱导产生的一种具有生物活性的小分子多肽，分子量为2 000~7 000左右，由20~60个氨基酸残基组成。Hultmark等[1]从诱导的惜古比天蚕蛹淋巴液中分离到第1种抗菌肽，命名为天蚕素（cecropin）。此后，人们从各种植物、昆虫、两栖类动物、哺乳动物、海洋生物、细菌、病毒等中发现了1 700多种抗菌肽，并且连续不断有新的抗菌肽发现。多数抗菌肽是阳离子多肽，pI>7.0,活性结构具有两亲极性，因此易溶于水或有机溶剂[2].活性多肽多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌，而且不易被消化酶水解[3].抗菌肽被认为是现有抗生素的最佳替代品，由于其重要的理论及应用价值而成为研究热点。本文综述了国内外最新的抗菌肽来源、分类、功能及其应用研究进展。
1 抗菌肽的来源
抗菌肽的来源广泛，迄今为止，国内外报道大约有1 700多种抗菌肽被分离、鉴定出来，以天然抗菌肽作模板进行人工合成的模拟肽已达数千种。
1.1 源于植物的抗菌肽
植物当中也存在一种抗菌肽，被称为植物防御素。硫堇是最早从植物中分离的抗菌肽，广泛存在于植物的种子、叶及根的表皮细胞中，可以抑制多种植物病原细菌以及20多种病原真菌的生长[4,5].迄今为止在植物中发现的抗菌肽分子中都含有二硫键。最近的研究表明，小麦抗菌肽具有很好的杀利什曼原虫的作用[6].
1.2 源于昆虫的抗菌肽
昆虫是世界上种类最多的生物，来源于昆虫的抗菌肽更是难以估量，其中第一个抗菌肽就是从昆虫体内发现的。昆虫抗菌肽属阳离子碱性多肽，可分为4种类型：天蚕素类、昆虫防御素、富含脯氨酸的抗菌肽、富含甘氨酸的抗菌肽[7].最近在昆虫体内发现的新抗菌肽有hinnavin Ⅱ、S1家蚕抗菌肽、奢锦天牛天蚕素、防御素NV、ASABF-6Cys-α acaloleptin isoform 5、armadilli-din、细菌素1、OdVP1、SK84、富含脯氨酸肽2等[8].
1.3 源于哺乳动物的抗菌肽
哺乳动物抗菌肽主要存在于中性粒细胞、黏膜和皮肤等[9].Cathelicidins是哺乳动物中一大类抗菌肽，最初是从猪的白细胞中分离到的[10],它具有抗革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌及人类免疫缺陷病毒（HIV）活性。在猪、羊、马、牛、豚鼠、兔和山羊的嗜中性细胞中含有大量的catheicidins,它们具有广谱抗菌性。人体抗菌肽有数种，以防御素较多。防御素是哺乳动物中研究最多的一类抗菌肽，包括α-防御素、β-防御素，在哺乳动物的白细胞、吞噬细胞或小肠的潘氏细胞较为常见，特别是中性粒细胞中。Cathelicidins有6个半胱氨酸，能形成3个稳定的二硫键，具有十分广泛的抗菌谱，除抗细菌、真菌、病毒外，还对支原体、衣原体、螺旋体及一些活性细胞（如肿瘤细胞）有杀灭作用[11].现已发现人防御素达35种以上，其中非常重要的防御素有10种[23].
1.4 源于两栖动物的抗菌肽
目前已经从无尾两栖动物8个属约40多种两栖类动物的皮肤中提取出了数百种抗菌肽，APD数据库中就收录了其中548种[12].其中，蛙科是分布最广泛的两栖动物，几乎遍及各大洲，占据着重要的生态地位，从它们皮肤中分离到的抗菌肽无论在种类上还是数量上都极其惊人[13].两栖类抗菌肽多数具有广谱活性，抗细菌、病毒、真菌和寄生虫等，且具有溶血活性。
1.5 源于水生动物的抗菌肽
水生动物在这里主要包括鱼类、软体动物、甲壳类动物等。鱼类抗菌肽多数是从表皮黏液中分离到的，研究在组织脏器（肝脏、脾脏、肾脏、鳃、血细胞、肠道等）中发现了hep-cidins cathelicidinsLEAP-2 chrysophsins等抗菌肽。软体动物是重要抗微生物肽的来源，迄今发现的贻贝防御素根据其初级结构、性质和共有的半胱氨酸序列分为防御素、mytilin和myticin 3种[14].研究表明，抗菌肽主要存在于甲壳类动物血细胞和血浆中[15].还有一类甲壳动物抗菌肽源自血蓝蛋白，包括从凡纳滨对虾血浆中和细角滨对虾血浆中分离到的小分子抗菌肽，对真菌具有抑菌活性[16].
1.6 源于细菌的抗菌肽
迄今为止，细菌中已发现的抗菌肽有杆菌肽、短杆菌肽S、多黏菌素E和乳链菌肽4种类型[23].细菌抗菌肽也称细菌素，是由细菌在代谢中产生的一类具有抑菌活性的多肽。乳链球菌素有预防牛的乳房炎的作用。现在，APD数据库中收录的细菌抗菌肽有200多种，其中研究最多、最深入的为乳酸菌产生的杆菌肽[17].
1.7 人工合成的抗菌肽
随着抗菌肽研究的不断深入，已经人工合成许多种抗菌肽，并且在医学上已有应用。利用抗菌肽研制的药物已进入市场，如美国马盖宁制药公司研发出来的马盖宁药物可杀死病毒和肿瘤细胞，柞蚕抗菌肽能抑制乙型肝炎和杀灭肿瘤细胞，在医药上已制成肾肝宁胶囊治疗肾炎及肝炎等[18].
2 抗菌肽的分类
抗菌肽种类繁多，在自然界中分布十分广泛，根据抗菌肽的结构不同可分4类[19],即含有两亲性α-螺旋结构的抗菌肽、β-折叠型抗菌肽、具有环链结构的抗菌肽和伸展性螺旋结构类抗菌肽。
2.1 α-螺旋结构的抗菌肽
α-螺旋结构的抗菌不含半胱氨酸，现在此类抗菌肽最多，天蚕素、滑瓜蟾素属于此类。天蚕素抗菌肽又称为杀菌肽，1974年瑞典科学家Boman等[20]从惜古比天蚕蛹中发现了一种多肽类物质，1980年经过分离纯化后发现其具有免疫功能，并将其命名为天蚕素[21],这是第一个被发现的天蚕素类抗菌肽，也是第一次人类真正意义上发现的抗菌肽。天蚕素不但在家蚕、柞蚕、果蝇等体内均有广泛分布，而且在一些哺乳动物，如从猪小肠中可分离出的天蚕素P1;另外，鸟类体内也有分布[22].
2.2 β-折叠型抗菌肽
β-折叠型抗菌肽在分子内有2个或2个以上二硫键，动物防御素多数属此类结构，如绿蝇防御素分子内有6个半胱氨酸形成3个分子内二硫键，肽链C末段是带有拟β转角的反向平行的β片层[23].这种抗菌肽的二级结构中还会存在一些螺旋结构。这类抗菌肽主要包括昆虫、植物、哺乳动物类的防御素及富含脯氨酸的抗菌肽。
2.3 环链结构的抗菌肽
该类抗菌肽由于C端形成一个分子内二硫键，形成环状结构，N端为线性结构。如牛的环状十二肽、刺肩蝽中分离的抗菌肽（thanatin）以及青蛙皮肤细胞产生的brevinins和bacte necin均属于此类。
2.4 伸展性螺旋结构类抗菌肽
伸展性螺旋结构类抗菌肽缺少二级结构，一级结构中多含有某一种或几种氨基酸，如脯氨酸、甘氨酸等，不含半胱氨酸，通常呈线型。在富含脯氨酸的昆虫抗菌肽分子中，脯氨酸含量通常大于25%,并且分子中常同时含有精氨酸和赖氨酸[24].富含脯氨酸的抗菌肽一级结构中有多个特征性的Pro-Arg-Pro基序[25].某些富含脯氨酸的抗菌肽，在特定位置的氨基酸残基上还存在O-糖基化结构。
3 抗菌肽的作用抗菌肽有抗细菌、病毒、真菌、寄生虫、原虫及癌细胞的作用，且在免疫中起重要作用。
3.1 抗细菌功能
众所周知，抗菌肽具有广谱抗细菌活性，抗革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌以及革兰氏兼性细菌。抗菌肽功能与结构有密切的关系，杀菌机理主要是作用于细菌的细胞膜，破坏其完整性并产生穿孔现象，造成细胞内容物溢出胞外而死亡。
然而不同种类的抗菌肽的抗菌活性存在较大差异，抗菌谱也存在明显不同。最近研究表明，抗菌肽不仅自身具有良好的抗菌活性，在抗菌时不同的抗菌肽之间甚至抗菌肽与传统的抗生素之间也有协同和辅助作用，将抗菌肽和抗生素两者连用可以提高药物疗效，或者拓宽传统抗生素的抗菌谱[26].
3.2 抗病毒功能
研究表明，有些抗菌肽具有抗病毒作用。多种抗菌肽如人α-防御素、牛中性粒细胞、鲎源抗菌肽美洲鲎素等都具有抗病毒活性[27].Fernandes等[28]从虹鳟鱼皮中分离得到一种具有抗菌作用的核蛋白肽，在抵御胞内或胞外病毒方面起关键作用。
目前已证明抗菌肽有3种不同的机制起抗病毒作用。第一种是通过直接与病毒粒子结合而起作用；第二种是抑制病毒的繁殖而起作用；第三种是模仿病毒的侵染过程而起作用。
3.3 抗真菌功能
一些抗菌肽对真菌具有很好的杀伤作用，如天蚕素在25~100 mg/L时对曲霉菌属和镰刀菌属的病原菌有杀灭作用[29].目前已经发现的抗真菌肽有果蝇抗菌肽、线肽素、贻贝素、蝎血素以及人工改造的各种抗菌肽等[30].抗真菌的作用机理包括：①阻止、破坏真菌细胞壁的合成；②细胞内线粒体、核酸等大分子细胞器相互作用导致真菌死亡；③攻膜作用，在脂膜上形成孔洞，使重要的内容物外泄。
3.4 抗寄生虫和原虫功能
抗菌肽可以有效杀死寄生于人类或动物体内的寄生虫。研究发现，抗菌肽可用于疾病控制、治疗宿主感染，或防止携带寄生虫的昆虫宿主对疾病的传播[30].目前，发现了一种合成的对利什曼原鞭毛虫有杀伤作用的天蚕素-蜂毒素杂合肽[31].抗菌肽先作用于原虫的质膜，然后间接引起细胞内部结构和细胞器的变化，干扰细胞的正常代谢过程[32].
3.5 抗癌细胞功能
抗菌肽具有杀伤肿瘤细胞的作用。抗菌肽在接触性抑杀癌瘤方面主要是从细胞膜、细胞器（主要是线粒体）、核膜细胞核、染色体DNA、溶酶体、细胞骨架等几个方面来影响癌细胞的生存。现已有文献报道抗菌肽对宫颈癌细胞、膀胱癌细胞、肝癌细胞的杀伤作用及剂量相关效应的研究[33~35].抗菌肽能特异性地抑制肿瘤细胞的生长，而对正常人体细胞无害，这给抗癌药物的开发提供了新的方向。
3.6 免疫功能
抗菌肽是生物体的免疫防御系统在受到外界病原体侵染时产生的一类生物非特异性免疫应答产物，具有免疫调节作用，主要表现在促进免疫细胞增殖、提高宿主抗感染力、调节免疫因子活性、抑制过度炎症反应、激活特异性免疫反应等。抗菌肽也可以充当中性粒细胞、单核细胞、肥大细胞和T辅助细胞等的趋化因子或刺激宿主中性粒细胞和单核细胞趋化因子的释放，使它们能快速聚集在炎症反应部位，发挥各自相应的功能并消除炎症[36].
4 抗菌肽的作用机理
抗菌肽都是阳离子型或两亲性的，使得其拥有独特的抗菌机制。抗菌肽作用机理的研究主要集中在抗菌肽与质膜的相互作用和胞内作用。抗菌肽通常定位在细菌、真菌和真核生物细胞膜的表面，当抗菌肽的浓度达到一定值时破坏细菌细胞膜[37].大多数抗菌肽都能破坏细菌细胞膜，使内容物泄漏，出现空泡化，还发现抗菌肽具有胞内作用靶点，能够与细菌DNA、RNA结合，抑制蛋白质合成，并导致细菌死亡。与传统的抗生素相比，抗菌肽结合脂多糖有着巨大的临床优势，因为它可以防止内毒素血症发生。研究发现，某些抗菌肽可以通过抑制细胞的呼吸作用来杀菌，某些富含脯氨酸的抗菌肽和细菌的热休克蛋白结合而发挥抗菌活性。最新研究表明，抗菌肽α-Defensin6可以结合到细菌表面，自身可以组装形成一些很小的纤维和纳米样纤维包在鼠伤寒沙门菌周围，减少细菌黏附到肠道黏膜进而保护机体[38].
5 抗菌肽的应用
抗菌肽作为一类可供选择范围广、种类多、抗菌能力强、抗菌谱广、靶菌株不易产生抗性突变的功能肽，在动物生产、临床、食品防腐剂、化妆品和动植物抗病等方面将有广阔的应用。
5.1 在动物生产中的应用
抗菌肽具有独特杀菌机制和抗菌广谱性，且病原菌不易对抗菌肽产生耐药性等特性，成为新型饲料添加剂进入人们的视野。在动物饲粮中添加抗菌肽能够抑制病菌繁殖，改善动物肠道菌群结构，提高动物生产性能。Tang等[39]发现，在仔猪饲粮中添加抗菌肽能够增加肠道益生菌数量，控制腹泻率，提高仔猪生长性能，从而提高成活率。
研究表明，在虾的养殖过程中添加抗菌蛋白，可以显著提高生长速度、相对增重率、饲料系数、成活率及抗病能力等[40].饲料中添加抗菌肽对肉鸭有促进生长的作用[41].王秀青等[42]研究发现，抗菌肽可以增加雏鸡的平均日增重以及雏鸡发育早期的免疫器官重量，增强鸡的腹腔巨噬细胞吞噬功能。
5.2 在临床中的应用
抗菌肽应用于临床方面有两条途径：①直接作为临床应用药物，杀死病原体；②利用外界刺激或者分子调控等方法调节内源性抗菌肽的表达。
抗菌肽具有新的抗生素类所需要的很多特性，它可以作为单独的抗菌剂使用，也可以与传统的抗生素联合使用具有协同作用，作为免疫调制剂或中和内毒素，因此抗菌肽的临床应用潜力很大。
抗菌肽能很好地解决细菌耐药性的问题，抗菌肽的作用机制与传统抗生素不同，代替传统抗生素将成为新的趋势[43].抗菌肽对疱疹病毒等有膜病毒都有一定的杀伤作用：meliiins和cecropins在亚毒性浓度下可以通过对基因表达的影响来抑制HIV增殖[44].抗菌肽还可以加速伤口处细胞的分裂增殖：如LL-37通过刺激呼吸道上皮细胞移动与增殖，达到加速伤口愈合的目的[45].
5.3 在食品行业中的应用
抗菌肽由于其分子量较小、热稳定性强、水溶性好、无免疫原性、对人无毒副作用等特点，在食品工业领域逐渐显示出广阔的应用前景。抗菌肽抑制微生物的生长，对食品中的多种革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌都有很强的杀灭作用。抗菌肽在人畜体内易被消化水解，无毒副作用，在酸性条件下活性强，有良好的溶解性和稳定性，是一种新型的食品防腐剂，如食品中添加抗菌肽可用来制作各种功能性食品，也可以制成口服型药品、保健营养品等[30].抗菌肽还可作为食品质量增效剂，LL-37作为趋化因子或细胞因子诱导剂而发挥免疫调节作用[46].
5.4 在植物抗病中的应用
植物抗菌肽是植物自身合成的能够防御环境中微生物侵害的一类小分子多肽。它们都是阳离子多肽，有较好的热稳定性。在植物抗病中的作用：通过干扰微生物细胞壁的合成来抑制微生物生长；作用于质膜使其产生穿膜孔洞，从而导致微生物因细胞物质外泄受损；通过抑制某些细胞器的作用而起到抑菌的效果[47].硫堇可抑制多种植物病原细菌以及20多种病原真菌的生长。
Carmona等[48]将大麦硫堇基因转入烟草，得到高抗病植株，可对假单胞菌产生明显抗性。植物防卫素对多种真菌有较强的抑制作用，而对细菌的作用却不明显。抗菌肽因其不易使微生物产生耐药性且基本不对真核细胞产生作用而成为一类很有开发前景的抗菌药物。
6 小 结
抗菌肽具有广谱抗菌的功能，其作用不同于传统抗生素的作用机制，不易产生耐药性、不存在药物残留以及污染环境，它的出现为解决抗生素应用的负面作用提供了新的手段，在许多领域显示出了巨大的应用潜力。但抗菌肽应用于养殖领域还面临着巨大的挑战。如抗菌肽的来源问题，其含量低、分离难、合成成本高和重组表达率低等，从而不能得到广泛应用；活性问题，杀菌能力与抗生素相比偏弱，抗菌谱偏窄等；药用性问题、生产加工问题、作用机理等尚需深入研究。近年来，利用基因工程技术制备抗菌肽进行了大量的研究工作，促进了抗菌肽的开发与应用。随着科学研究的不断深入，上述问题将逐渐被解决，促进抗菌肽的广泛应用。
参考文献：
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