天然抗菌肽的改造

【摘要】 抗微生物肽（Antimicrobial peptides）又称抗菌肽，是宿主固有免疫系统的重要组成部分。抗菌肽具有抗菌谱广、热稳定好、不易产生耐药性等优点，被认为是当今最具有潜力的抗生素替代品。但部分抗菌肽还存在空间结构不稳定、溶血活性等缺点，限制了其更加广泛的应用。目前对天然抗菌肽的改造已成为热点，本文对抗菌肽的改造作一综述。

【关键词】 抗菌肽；分子改造

尽管抗菌肽具有众多优点，然而要将抗菌肽应用于生产实践还面临着诸多挑战，比如溶血活性、体内活性不高等问题。为了克服上述难题，国内外学者做了大量细致而深入的研究。在不断发现新抗菌的同时，研究者们又对先前发现的抗菌肽进行分子设计和结构改造，产生了具有优良特性的改良型抗菌肽。

1 改变氨基酸序列

替换抗菌肽的部分氨基酸，不仅可以提高抗菌肽抗菌活性，还能增加抗菌肽的经济实用性，减少其免疫原性。Kai Hilpert等[1]通过以纤维素为载体合成多肽的方法，将具有12个氨基酸序列的抗菌肽Bac2A。并通过改变其氨基酸序列，或加上硫基等，降低了抗菌肽的MIC和IC50。Hicks等[2]合成了一些肽链，这些肽链里含有由两种不常见的合成氨基酸-四氢异喹啉羧酸（Tic）和八氢吲哚-2-羧酸（Oic）组成的二肽单元。通过筛选这些肽链，发现了两种肽链具有对多重耐药菌较强的杀菌作用。研究发现，这些肽段的构象具有很强的弹性，能与细菌的细胞膜的不同组成部分相结合，发挥较强的杀菌功效。利用MTT法和测定细胞完整性来评估这两种抗菌肽的安全性，发现毒性较低。

2 变换辅助基团

抗菌肽的生物活性不仅仅与氨基酸序列关系密切，还与其辅助基团的特息相关。Albada等[3]利用固相合成法合成了一些富含精氨酸和色氨酸的多肽，发现具有抗菌活性。后在这些肽链的N端加上有机金属FcCO后发现能提高抗菌活性，将FcCO换成RcCO发现杀菌活性得到进一步增强，其表现出的溶血反应也有所降低。应用人体的三类肿瘤细胞系检测其IC50，发现IC50远远高于治疗浓度，安全性较高。研究者发现抗菌肽的某些基团改变后，会改变肽链的二级结构，也能相应改变抗菌肽的一些生物特性。Kim等[4]将抗菌肽去掉部分酰胺键，相应的减少了抗菌肽空间结构的α螺旋的数量，溶血反应出现的几率降低。Xi等应用基因工程在大肠杆菌合成LHP7基因，在酵母菌P.pastoris X-33表达的产物对于葡萄球菌属以及链球菌菌属有较强的杀菌活性。LHP7为在菌丝霉素和LH28的基础上合成的含有83个氨基酸的肽链，含有GPDGSGPDESGPDES连接体。实验证实，连接体结构具有很强的可塑性，不影响肽段本身功能。且连接体可以通过降低肽段的电荷数来降低其不稳定指数。LHP7增加了菌丝霉素的抗菌活性，降低了LH28的毒性。LHP7在远大于MIC、MBC的浓度时才表现出溶血作用，不失为治疗革兰氏阳性菌感染的潜力药物[5]。

3 改变其他途径调节抗菌肽

除了对抗菌肽本身进行改造，学者也致力于通过研究抗菌肽的其他调控机制来提高抗菌肽的生物活性，例如调节Toll样受体（TLR）来提高抗菌肽杀菌活性。研究发现人防御肽（HDPs）除了具有间接杀菌作用外，还具有中和内毒素，降低炎症反应，促进伤口愈合等优势[6]。数据表明，一线药物虽能控制疟疾，却无法控制因炎症而导致的后遗症，如癫痫、昏迷等。Achtman等[7]发现将固有防卫调节分子如 IDR-1018与一线药物一起应用于疟疾的治疗，可以大大降低癫痫、昏迷等副作用的发生。IDR-1018主要影响CD14阳性单核细胞的活化信号通路，在转录水平发挥作用，以降低炎症因子如TNF-a、IFN-γ等的分泌以及信号传导，降低脑部后遗症的发生率。Wieczorek等[8]又通过定量构效关系（QSAR）等方法研究IDR-1018的空间构象与免疫调节和杀菌活性的关系。这种方法可以用来预测肽链序列中氨基酸的特性。将预测到的具有价值的氨基酸应用于肽链的合成，使合成的肽链具有更强的杀菌和免疫调节的生物活性，同时也应致力于减少副作用的发生。

4 结语

在耐药菌层出不穷的今天，抗菌肽作为极其具有潜力的替代品应用于临床，有着抗菌活性强，抗菌谱广的优势。抗菌肽的成功运用也给食品加工、畜牧养殖业、农业等领域带来不可思议的变化。然而，耐药性、安全性、生产来源等问题行成为了抗菌肽在实际生产的发展及应用。利用分子设计和结构改良对抗菌肽进行改造，给开发安全高效的抗菌肽提供了有效途径。我们期待在不久的将来，抗菌肽能够开启抗生菌药物使用新纪元。

参考文献

[1] Hilpert K，Volkmer-Engert R，Walter T，Hancock R E.High-throughput generation of small antibacterial peptides with improved activity[J].Nat Biotechnol，2005，23（8）：1008-1012.

[2] Hicks R P，Abercrombie J J，Wong R K，et al.Antimicrobial peptides containing unnatural amino acid exhibit potent bactericidal activity against ESKAPE pathogens[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry，2013，（21）：205214.

[3] Albada H B，Chiriac A，Wenzel M，et al.Modulating the activity of short arginine-tryptophan containing antibacterial peptides with N-terminal metallocenoyl groups[J].Beilstein .Chem，2012，8：1753 1764.

[4] Kim S M，Kim J M，Cho H，Lee H.Synthesis of antibacterial pseudopeptides with less hemolytic activity from a cytotoxic peptide and their pH-dependent activity[J].Bioorg Med Chem Lett，200919（19）：5627-5631.

[5] Wieczorek M，Jenssen H，Kindrachuk J，et al.Structural Studies o f a Peptide with Immune Modulating and D irect Antimicrobial Activity[J].Chem Biol，2010，17（9）：970-80.

[6] Qu H，Chen B，Peng H，Wang K，et al.Molecular Clonging，Recombinant Expression，and Antimi-

crobial Activity of EC-hepcidin3，a New Four-Cysteine Hepcidin IIsoform[J].Biosci Biotechnol Biochem，2013，77（1）：103-110.

[7] Achtman A H，et al.Effective Adjunctive Therapy by an Innate Defense Regulatory Peptide in a Preclinical Model of Severe Malaria[J].Sci Transl Med，2012，4（135）：135ra64.

[8] Wieczorek M，Jenssen H，Kindrachuk J，et al.Structural Studies o f a Peptide with Immune Modulating and D irect Antimicrobial Activity[J].Chem Biol，2010，17（9）：970-80.