兽药园地
抗菌肽及其在畜牧业中的应用
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2.7 人类源抗菌肽 人类抗菌肽结构类似于其它哺乳动物抗菌肽，具有很大的同源性，但数量较之要少得多。目前其研究主要集中在2种，一种是Cathelicidin家族，另外一种是防御素。前者在人体内仅有一种——LL-37，由hCAP-18（Human cathelicidin antimicrobial peptide 18）经丝氨酸蛋白酶3水解产生 [24]，含有37个氨基酸残基，N-端前2个残基为亮氨酸。而人类防御素（hBD）则分为α（10种）、β(4种)两类，德国人Harder J于1997年首次发现hBD-2，其属于β-防御素类，分子由41个氨基酸残基构成，含有较多正电荷，肽链折叠形成3个β-片层结构，由6个半胱氨酸残基形成3个二硫键稳定结构[25]。hBD-1结构与hBD-2类似，但只由36个氨基酸残基组成，属于短肽[26]。 无论是Cathelicidin家族还是人类防御素，其分子量都集中在3～4KD之间，属于阳离子肽，能在体内形成一层保护屏障，是人类免疫系统的重要组成部分。 2.8 人工合成抗菌肽 除了以上从自然界发现的天然抗菌肽，人们还通过生物工程和基因工程创造出一些新的抗菌肽，所获得的产品对各种革兰氏阳性菌和阴性菌、真菌也具有较好抗性，甚至表现出比天然抗菌肽更优秀的抗菌活性。如李国栋等人利用Cecropin A1的N端1- 8序列KWKLFKKI，另加一段标准的α-螺旋结构序列合成了l5条新的抗菌肽。经试验证明部分含有核心标准螺旋结构的序列，对革兰氏阳性菌和阴性菌的最小抑菌浓度仅是原有Cecropin A1抗菌肽的1/100左右[27]，说明部分新合成的抗菌肽活性得到了提高，抗菌活性得到增强。 3 抗菌肽分类 自从发现抗菌肽后，不同的学者根据当时认识水平和研究需要将其做了多种分类。而随着发现抗菌肽的种类越来越多，对其氨基酸数量、排布和二、三级空间结构也逐渐了解，学者们对抗菌肽的分类也随之发生相应改变。除以上按来源和分布外，在抗菌肽研究过程中还主要包含了以下几种分类方法。 3.1 1995年Boman分类法 1995年，Boman根据当时研究现状，基于抗菌肽结构相似性，按有无分子内二硫键，将其简单分为2类，其中没有分子内二硫键的抗菌肽有2类很容易识别：一类大部分包含了α-螺旋结构或直线肽，比如人类FALL-39（后来被命名为L-37）、牛的BMAP-27/28等；另一类也没有二硫键，但是其结构中包含了大量1、2种特定氨基酸残基（如脯氨酸和精氨酸），如牛的indolicidin和猪的PMAP-23[28]。 3.2 按化学组成、二级或三级空间结构 1996年， Hoffman曾将抗菌肽简单分为线肽和环肽，在这之后的1998年，Boman等人[29]结合最近几年研究进展，按其化学组成、二级或三级空间结构以及功能将抗菌肽再次分为3类，即：①不含半胱氨酸的抗菌肽，如猪小肠内抗菌肽、大部分蛙类抗菌肽等。②含等量半胱氨酸的抗菌肽，如蛙的brevinins、鳖的tachplesin等。③富含1～2种氨基酸的线肽，如蜜蜂的apidaecin，以及一种叫做细菌菌素的抗菌肽。 3.3 按空间结构 2004年，Reddy KVR[30]根据抗菌肽结构研究新进展，将其分为4种，即：①α-螺旋抗菌肽，如两栖类的Magainins。②富含半胱氨酸的抗菌肽，如人类的HNP-1/2③β-折叠抗菌肽，如防御素类。④富含某种氨基酸的抗菌肽。 这种分类方式较上一种更为细化，能更为直白的表达抗菌肽的空间结构，是在抗菌肽结构研究深入后对其分类的一大进步。 3.4 植物抗菌肽分类 根据抗菌肽的作用位置及机理将可将植物源抗菌肽其分为3种[31]，即：①作用于微生物细胞壁的抗菌肽，如Hevein和Knottin等。②作用于微生物质膜的抗菌肽，如植物防御素类。③作用于微生物胞内受体的抗菌肽，如玉蜀黍种子中分离得到的zeamatin等。 该分类包含了已发现的植物源抗菌肽功能和作用机理的详细介绍，对未来植物源抗菌肽的结构和生物工程方面研究具有积极意义。 3.5 按氨基酸残基特点和二级结构 大致可以划分为4种，即：①α-螺旋结构的抗菌肽，如两栖类的Magainins。②β-折叠结构的抗菌肽，如防御素类和从鲑鱼中提取的hepcidin等。③线形结构的抗菌肽，如牛体内的indolicidin。④环状结构的抗菌肽，如来自刺肩蝽体内的thanatin。 在以上4种抗菌肽中，α-螺旋和β-折叠2种结构所占比重最大，占自然界中天然抗菌肽的80% 以上，除此以外，一些人工合成抗菌肽也适用于此分类法。因此它是目前应用得较多、接受较为广泛的一种分类方式。有学者提出应另加上一类含稀有被修饰氨基酸的抗菌肽，但未被广泛采纳，因为尽管抗菌肽氨基酸序列各不一样，但仍有一些共同的结构特征，如高含量的正电荷残基和形成两亲构象的结构，一般是α-螺旋和β-折叠，所以仍可归类与以上4种之一。 4 抗菌肽基本作用 4.1 杀菌和抑菌 抗菌肽从字面意思即可理解为抗菌的肽类抗生素，其对各种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有较高的活性，可以杀灭侵入宿主体内的细菌或者抑制细菌生长繁殖，这也是抗菌肽最基本的一个作用，如PR-39(Proline-arginine-rich)能明显抑制大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌和醋酸钙不动杆菌等4种革兰氏阴性菌，对巨大芽孢杆菌和化脓链球菌也能产生抑菌效果等[32]。 4.2 抗病毒 人们发现抗菌肽对各类细菌具有抗性后，又发现其对病毒具有抗性，这是抗菌肽的又一基本作用，如从嗜中性粒细胞中提取的Indolicidin在浓度为60 mg/mL～100mg/mL 的50%抑制剂量时对HIV-1型病毒（333 mg/mL）具有一定杀灭作用[33]；防御素能使单纯疱疹病毒（HSV）、水泡性口膜炎病毒（VSV）、流感病毒（IV）失活等[34]。 |
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