天蠶素抗菌肽CAD 在畜牧生產(chǎn)中的應用

抗生素不但具有顯著的防病、治病、保健和促生長功效，作為藥物飼料添加劑應用于養(yǎng)殖業(yè)還能顯著降低畜禽生產(chǎn)成本。但是，長期濫用抗生素不僅導致了畜禽免疫力降低和動物產(chǎn)品藥物殘留，更為嚴重的是，隨著傳統(tǒng)抗生素的毒副作用及其耐藥菌株的出現(xiàn)，許多致病菌幾乎對現(xiàn)有的抗生素均產(chǎn)生耐藥性，對人類 的健康構成了巨大的威脅。近年來，在臨床治療中結構新穎的抗生素發(fā)現(xiàn)匱乏，在過去的四十年中只有三類新型抗生素( 脂肽類、唑烷酮類和鏈陽菌素類) 上市，且均用于治療革蘭氏陽性菌感染。尋找真正安全、高效的抗細菌和病毒感染藥物已成為人們關注的焦點。抗菌肽及其衍生物以其廣譜抗菌性和獨特的作用機制逐漸在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)(畜牧人才)等領域顯示出廣泛的應用前景。
1 抗菌肽簡介
    抗菌肽(Antibacterial peptides，ABPs) 又稱抗微生物肽(Antimicrobial peptides，AMPs) 或宿主防御肽(hostdefense peptides，HDPs)，是生物體經(jīng)誘導產(chǎn)生的具有廣譜抗菌活性和免疫調(diào)節(jié)活性的一類小分子多肽，屬于機體非特異性防御系統(tǒng)的固有組成部分，幾乎存在于所有生命形式( 昆蟲、兩棲動物、鳥類、魚類、哺乳動物、植物以及人體) 中。抗菌肽通常由12 ～ 50 個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量一般在4k D a 左右。研究發(fā)現(xiàn)，抗菌肽具有快速殺菌和廣譜抗菌活性，包括抗革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、多重耐藥細菌、真菌、寄生蟲、包膜病毒和腫瘤細胞，并且能通過趨化樹突狀細胞、單核細胞和記憶T細胞，在先天性免疫和獲得性免疫反應之間起到橋梁作用，并通過啟動獲得性免疫系統(tǒng)提高機體抵抗微生物感染的能力。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)超過1500 種抗菌肽。
1.1 抗菌肽的分類
    根據(jù)抗菌肽結構和三維構象的不同, 抗菌肽分為以下四類 ：①具有α 螺旋結構的線性肽，如蜂毒肽、蛙皮肽、天蠶抗菌肽等；②含有二硫鍵的β 折疊結構，如防御素、昆蟲防御肽等；③由一種或多種氨基酸為主構成的多肽，如PR-39、Dmsocin 等；④具有環(huán)形結構的多肽，如Bactenecin、Ranalexin 等。
1.2 抗菌肽獨特的作用機制
    抗菌肽抗菌譜廣，并且能夠選擇性地抑制細菌生長并殺死細菌，其分子結構特征是保證這種機制發(fā)揮作用的重要基礎。關于抗菌肽作用機制，目前普遍認可的是抗菌肽的膜攻擊學說，即認為抗菌肽殺菌作用與細胞膜的通透性有關，抗菌肽通過作用于細菌細胞膜，破壞其完整性，并在細胞膜表面形成孔徑或穿孔現(xiàn)象，改變細胞膜內(nèi)外電勢導致細胞內(nèi)容物外泄，進而造成細胞死亡。但是隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)不同類別的抗菌肽因結構不同，其作用機制不同，且同一種抗菌肽可能通過不同的途徑發(fā)揮作用，因此抗菌肽改變細胞膜通透性并不是其發(fā)揮作用的唯一機制。抗菌肽的選擇性作用：抗菌肽獨特的作用機制使其對正常的真核細胞基本沒有殺傷作用，僅作用于原核細胞和發(fā)生病變的真核細胞。抗菌肽具有這種識別作用是因為其富含堿性氨基酸，細菌細胞膜脂質(zhì)富含磷脂酰甘油、心肌磷脂等而帶負電荷；與之相反，哺乳動物正常細胞膜主要由兩性離子磷脂組成，此外哺乳動物細胞膜還有一個重要成分——膽固醇，可以與抗菌肽結合降低其活性，并且，正常真核細胞內(nèi)還具有高度發(fā)達的細胞骨架，細胞膜外有唾液酸等，這些都可以阻止抗菌肽與真核細胞膜結合發(fā)揮殺傷作用。抗菌肽的作用機制、耐藥性與傳統(tǒng)抗生素相比，抗菌肽一大顯著優(yōu)點是不易形成耐藥性。由于其獨特的作用機制，即通過正負電荷相吸原理作用于細菌細胞膜而不是某一特定的識別位點，如果敏感細菌要產(chǎn)生耐藥性，必須改變細胞膜結構，而這種結構的改變對細菌本身有著更大的生命威脅，因此敏感細菌產(chǎn)生耐藥性的可能微乎其微。P e r r o n 等報道 一些細菌對抗菌肽形成了耐藥性，但這些耐抗菌肽菌株都是在嚴格的試驗室條件下，經(jīng)過多代篩選才會出現(xiàn)。此外，抗菌肽的多樣性、感染細菌方式的不同及作用機制的差異也表明產(chǎn)生耐藥菌株非常困難。
1.3 抗菌肽分子結構對活性的影響
    抗菌肽的生物活性是由其分子結構決定的，迄今為止，大量關于抗菌肽結構- 活性分析研究都揭示了這種構效關系。研究表明，抗菌肽的活性與其所帶正電荷數(shù)、水脂兩親結構、肽鏈一級結構中的保守氨基酸序列、二級結構中α 螺旋的比例、甚至構成肽鏈的氨基酸構型等有關。
1.4 天然抗菌肽的毒性作用
    抗菌肽以其廣譜抗菌性、不易形成耐藥性和無藥物殘留等優(yōu)勢成為后抗生素時代的明星，特別是其通過調(diào)整細胞膜的脂質(zhì)電荷量、膽固醇含量來識別真核細胞和原核細胞，從而選擇性的殺滅病原體，但迄今為止，幾乎所有進入臨床試驗階段的抗菌肽制劑，如用于治療糖尿病患者足部潰瘍的Pexiganan、用于治療細菌性腦膜炎的Rbpi21等均只用于局部的抗感染階段，天然抗菌肽對真核細胞的毒性作用是限制其用于全身治療的主要因素之一。這種毒性作用是因為細胞膜是抗菌肽最主要的作用部位，因此抗菌肽不可避免地對其表現(xiàn)出溶血毒性及其它細胞毒性作用。并且，部分抗菌肽與真核生物的核定位信號肽有部分共同點，這些抗菌肽( 如LL-37) 可以自由地轉(zhuǎn)移入細胞，甚至攜帶其它分子進入細胞核，造成組織損傷，如誘導細胞凋亡和肥大細胞脫顆粒等。此外，抗菌肽還可以發(fā)揮類似β- 內(nèi)酰胺類抗生素的作用，通過激活溶菌酶，導致細菌自溶，通過大量細菌細胞壁的釋放造成機體嚴重的炎癥反應。因此，如何提高抗菌肽活性和降低其毒性已成為抗菌肽分子改造的目標。設計并改造已存在的天然抗菌肽，獲取具有抗菌、抗病毒和抗腫瘤作用的新型抗菌肽已成為抗菌肽研究領域發(fā)展的重要方向。

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