天蚕素抗菌肽CAD 在畜牧生产中的应用

抗生素不但具有显著的防病、治病、保健和促生长功效，作为药物饲料添加剂应用于养殖业还能显著降低畜禽生产成本。但是，长期滥用抗生素不仅导致了畜禽免疫力降低和动物产品药物残留，更为严重的是，随着传统抗生素的毒副作用及其耐药菌株的出现，许多致病菌几乎对现有的抗生素均产生耐药性，对人类 的健康构成了巨大的威胁。近年来，在临床治疗中结构新颖的抗生素发现匮乏，在过去的四十年中只有三类新型抗生素( 脂肽类、唑烷酮类和链阳菌素类) 上市，且均用于治疗革兰氏阳性菌感染。寻找真正安全、高效的抗细菌和病毒感染药物已成为人们关注的焦点。抗菌肽及其衍生物以其广谱抗菌性和独特的作用机制逐渐在医药、农业、畜牧业(畜牧人才)等领域显示出广泛的应用前景。
1 抗菌肽简介
    抗菌肽(Antibacterial peptides，ABPs) 又称抗微生物肽(Antimicrobial peptides，AMPs) 或宿主防御肽(hostdefense peptides，HDPs)，是生物体经诱导产生的具有广谱抗菌活性和免疫调节活性的一类小分子多肽，属于机体非特异性防御系统的固有组成部分，几乎存在于所有生命形式( 昆虫、两栖动物、鸟类、鱼类、哺乳动物、植物以及人体) 中。抗菌肽通常由12 ～ 50 个氨基酸组成，相对分子质量一般在4k D a 左右。研究发现，抗菌肽具有快速杀菌和广谱抗菌活性，包括抗革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、多重耐药细菌、真菌、寄生虫、包膜病毒和肿瘤细胞，并且能通过趋化树突状细胞、单核细胞和记忆T细胞，在先天性免疫和获得性免疫反应之间起到桥梁作用，并通过启动获得性免疫系统提高机体抵抗微生物感染的能力。迄今为止，已发现超过1500 种抗菌肽。
1.1 抗菌肽的分类
    根据抗菌肽结构和三维构象的不同, 抗菌肽分为以下四类 ：①具有α 螺旋结构的线性肽，如蜂毒肽、蛙皮肽、天蚕抗菌肽等；②含有二硫键的β 折叠结构，如防御素、昆虫防御肽等；③由一种或多种氨基酸为主构成的多肽，如PR-39、Dmsocin 等；④具有环形结构的多肽，如Bactenecin、Ranalexin 等。
1.2 抗菌肽独特的作用机制
    抗菌肽抗菌谱广，并且能够选择性地抑制细菌生长并杀死细菌，其分子结构特征是保证这种机制发挥作用的重要基础。关于抗菌肽作用机制，目前普遍认可的是抗菌肽的膜攻击学说，即认为抗菌肽杀菌作用与细胞膜的通透性有关，抗菌肽通过作用于细菌细胞膜，破坏其完整性，并在细胞膜表面形成孔径或穿孔现象，改变细胞膜内外电势导致细胞内容物外泄，进而造成细胞死亡。但是随着研究的深入，发现不同类别的抗菌肽因结构不同，其作用机制不同，且同一种抗菌肽可能通过不同的途径发挥作用，因此抗菌肽改变细胞膜通透性并不是其发挥作用的唯一机制。抗菌肽的选择性作用：抗菌肽独特的作用机制使其对正常的真核细胞基本没有杀伤作用，仅作用于原核细胞和发生病变的真核细胞。抗菌肽具有这种识别作用是因为其富含碱性氨基酸，细菌细胞膜脂质富含磷脂酰甘油、心肌磷脂等而带负电荷；与之相反，哺乳动物正常细胞膜主要由两性离子磷脂组成，此外哺乳动物细胞膜还有一个重要成分——胆固醇，可以与抗菌肽结合降低其活性，并且，正常真核细胞内还具有高度发达的细胞骨架，细胞膜外有唾液酸等，这些都可以阻止抗菌肽与真核细胞膜结合发挥杀伤作用。抗菌肽的作用机制、耐药性与传统抗生素相比，抗菌肽一大显著优点是不易形成耐药性。由于其独特的作用机制，即通过正负电荷相吸原理作用于细菌细胞膜而不是某一特定的识别位点，如果敏感细菌要产生耐药性，必须改变细胞膜结构，而这种结构的改变对细菌本身有着更大的生命威胁，因此敏感细菌产生耐药性的可能微乎其微。P e r r o n 等报道 一些细菌对抗菌肽形成了耐药性，但这些耐抗菌肽菌株都是在严格的试验室条件下，经过多代筛选才会出现。此外，抗菌肽的多样性、感染细菌方式的不同及作用机制的差异也表明产生耐药菌株非常困难。
1.3 抗菌肽分子结构对活性的影响
    抗菌肽的生物活性是由其分子结构决定的，迄今为止，大量关于抗菌肽结构- 活性分析研究都揭示了这种构效关系。研究表明，抗菌肽的活性与其所带正电荷数、水脂两亲结构、肽链一级结构中的保守氨基酸序列、二级结构中α 螺旋的比例、甚至构成肽链的氨基酸构型等有关。
1.4 天然抗菌肽的毒性作用
    抗菌肽以其广谱抗菌性、不易形成耐药性和无药物残留等优势成为后抗生素时代的明星，特别是其通过调整细胞膜的脂质电荷量、胆固醇含量来识别真核细胞和原核细胞，从而选择性的杀灭病原体，但迄今为止，几乎所有进入临床试验阶段的抗菌肽制剂，如用于治疗糖尿病患者足部溃疡的Pexiganan、用于治疗细菌性脑膜炎的Rbpi21等均只用于局部的抗感染阶段，天然抗菌肽对真核细胞的毒性作用是限制其用于全身治疗的主要因素之一。这种毒性作用是因为细胞膜是抗菌肽最主要的作用部位，因此抗菌肽不可避免地对其表现出溶血毒性及其它细胞毒性作用。并且，部分抗菌肽与真核生物的核定位信号肽有部分共同点，这些抗菌肽( 如LL-37) 可以自由地转移入细胞，甚至携带其它分子进入细胞核，造成组织损伤，如诱导细胞凋亡和肥大细胞脱颗粒等。此外，抗菌肽还可以发挥类似β- 内酰胺类抗生素的作用，通过激活溶菌酶，导致细菌自溶，通过大量细菌细胞壁的释放造成机体严重的炎症反应。因此，如何提高抗菌肽活性和降低其毒性已成为抗菌肽分子改造的目标。设计并改造已存在的天然抗菌肽，获取具有抗菌、抗病毒和抗肿瘤作用的新型抗菌肽已成为抗菌肽研究领域发展的重要方向。

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