摘要 动物抗菌肽是动物先天免疫系统的重要组分，广泛存在于动物界中，具抗细菌、真菌、病毒、原虫和癌细胞等广谱活性，具作传统饲用抗生素代替品的潜力。寻找各种饲养动物的内源性抗菌肽，以现代生物技术方法工业化生产这些在抗病原上具有动物“种”专一性或特异性的系列产品，将是在“后抗生素时代”研发动物健康药的重要方向。
关键词：抗菌肽，抗生素
1. 动物抗菌肽的研究进展
1.1 动物抗菌肽的发现
人们首先在昆虫中发现抗微生物肽（antimicrobial peptides，下简称为抗菌肽），随后分别从多种昆虫中均分离到多种抗菌肽，并测定了许多肽的一级结构( Brey 等，1998)。我国科学家张永莲领导的科研小组，在大鼠附睾头部上皮细胞中发现一个与生育有关的抗菌肽及其基因(Li等，2001)；这一个天然肽有望发展为特异的治疗男性附睾炎的新型药物。至今从不同生物体内分离得的抗菌肽已超过400种 (Hoffmann等，1999)。
1.2动物抗菌肽的分类
根据动物内源抗菌肽的结构，可将其分为５类：
（1）无二硫键的α-螺旋肽，或由无规卷曲连接的两段α-螺旋组成的肽。其N端具碱性，C端具疏水性；抗菌谱广。如昆虫的Cecropins、猪小肠的cecropin P1、蟾蜍的Magainins、南美蛙的dermaseptin和树蛙的bombinin等。目前对此类肽的研究较深入，甚至已商品化。
（2）不含半胱氨酸但富含某些氨基酸残基的肽。如蜜蜂抗菌肽apidaecins，富含脯氨酸（P）和精氨酸（R），具有PRP和PP的典型基序（motifs），主要抑G－菌；果蝇的drosocin，富含脯氨酸；鞘翅目昆虫的coleoptericin和半翅目昆虫的hemiptericin，富含甘氨酸；人腮腺和下颌腺分泌物中抗菌肽Oppenheim（histatins），富含组氨酸；牛中性粒细胞的indolicidin，富含色氨酸。
（3）含１个二硫键的肽。如牛中性粒细胞抗菌肽bactenecin，能抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球；蛙类皮肤的brevinin-1和brevinin-2。
（4）有２个或２个以上二硫键和具有β-折叠的肽。如来源于哺乳动物组织的α-defensins，主要抑制G＋细菌和某些真菌；昆虫defensins，主要抑制G＋细菌，而对真菌没有作用。
（5）由已知功能的多肽或蛋白质衍生的抗菌肽。如牛乳LfcinB、人乳LfcinH、山羊乳LfcinC、鼠乳LfcinM和鸡蛋清溶菌酶分裂片段等。
1.3 动物抗菌肽的一些特性
理化特性：(1)由约30个氨基酸残基组成的碱性多肽，水溶性好；(2)具热稳定性，在100℃下加热10～15min仍能保持其活性；(3)有些对较高的离子强度或较大pH变化具较好的耐受性，甚至有抵抗消化道多肽酶水解的能力 (郭玉梅，1997)。
广谱抗菌活性：不仅对植物病原菌有强抑制作用（李文楚等，1994），而且对畜禽和水产动物的病原菌也有强杀菌作用 (温刘发等，2001)。
1.4 动物抗菌肽的生物学功能和作用机制
动物以抗菌肽、吞噬作用和蛋白质级联分解反应（如补体系统的级联反应）来消毁入侵的病原微生物；其中抗菌肽除了可直接发挥杀灭微生物的作用外，还具有引发吞噬和特异性蛋白质级联反应的趋化作用；近年来的研究表明，抗菌肽还具抗炎症（Sepsis）功能（图1）（Hancock 等，2000）。
作用机理（图2）：其正电荷与细菌细胞膜的磷脂头负电荷相互作用，促进抗菌肽附着在细菌胞膜上；在细菌质膜上形成通道，引起胞内物质泄漏，从而杀灭细菌。N端的两性螺旋是裂解细菌的主
作者简介：温刘发（1965-），男，副教授，中山大学在职博士生.
要部分；C端酰胺化与抗菌肽的广谱抗菌有关。模拟试验结果表明，当脂质体中存在有胆固醇时，这些抗菌肽对脂质体的裂解作用减弱，这可能是这类多肽对高等动物细胞不起作用的原因。
图 1. 细菌诱导炎症发生的主要事件及抗菌肽干预的模型(Hancock等，2000)
1.5 动物抗菌肽的酵母基因工程研究
动物抗菌肽具多种生物功能，但在正常动物体中含量少，给其应用带来了困难。为能降低抗菌肽的生产成本，进行大规模工业化生产，人们已人工设计合成并在酵母中表达生产defensin A，cecropinA、B、D、AD及多种杂合肽基因（黄亚东等，2002）。现世界各国正在组织力量，欲从动物消化道、分泌组织、免疫细胞、乳品和蛋品中，寻找到在各种动物自然进化中得以保存或正在生物体中起功能作用的内源性抗菌肽，并利用酵母基因工程方法生产这些抗菌肽。
2. 动物抗菌肽与传统多肽类抗生素的异同
动物抗菌肽与传统多肽类抗生素在许多方面具有一些共性：（1）分子量小，由约30个氨基酸残基组成；（2）在消化道中不易吸收，排泄迅速，在动物产品中残留少；（3）经肠道外排后在粪中快速失活，环保效果好；（4）具抗菌、促生长、改善饲料利用率和防治疾病等功效；（5）抗菌作用及临床用途的多样性。
它们之间也具有一些明显的差异性（表1）。
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表1. 动物抗菌肽与传统多肽抗生素的差异性比较 | ||
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传统多肽抗生素 |
动物抗菌肽 |
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1、基因来源 |
微生物 |
动物 |
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2、生物合成方式及产物性质 |
核糖体外的酶促合成反应，为代谢衍生物。 |
由动物基因组编码并直接在核糖体上合成，为动物的免疫应答因子。 |
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3、组成和分子结构特点 |
含非蛋白质氨基酸（如D-氨基酸）；多为琐环状肽链；多含有一些非肽附加基团；常含内酯键和杂环结构（如噻唑）。 |
全为L-型氨基酸；为含有双亲α-螺旋或β-折叠结构的带正电荷的线性肽链；不含其它附加基团。 |
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4、作用机制 |
主要作用于DNA和蛋白质的合成系统，也有作用于细菌细胞壁和膜结构。 |
主要作用于细胞膜。 |
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5、生物活性 |
主要为抗菌，对动物病原菌的针对性差。 |
可针对性地抑制病原细菌、真菌、病毒、寄生虫和肿瘤，而对动物自身细胞的保护性好。 |
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6、耐药性 |
易产生耐药菌。 |
难以产生耐药菌。 |
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7、毒性 |
对肾、神经系统有一定毒性；诱导宿主生产细胞素而诱发脓毒性反应，加重脓毒性休克症。 |
有些具溶血性；优点是可抑制细胞素的生产，防止内毒素引发炎症。 |
3.传统抗生素替代品的研发为大势所趋
据欧盟第70/524号令的精神，传统抗生素将在很短时间内被一个个取消，并将在2006年后全部禁作饲用。至1999年9月底，欧盟只允许使用4种抗生素作饲用。为保证动物源性食品安全，维护人民身体健康，农业部制定了《食品动物禁用的兽药及其它化合物清单》，并于2002年3月5日以农业部农牧发[2002]1号文件发布。 传统抗生素作饲料添加剂的使用已面临着严峻的挑战。应用无毒无公害的新型抗菌剂代替抗生素作饲料添加剂已成为重要发展趋势。
4.动物抗菌肽具作传统饲用抗生素代替品应用的潜力
温刘发等(2001)以蚕抗菌肽饲喂猪和禽的试验证明，蚕抗菌肽具有代替传统饲用抗生素应用的潜力。我国是饲料生产大国，抗菌肽制剂作饲料添加剂应用的经济效益极大。
5．动物抗菌肽制剂的研制方向
抗菌肽具有抗细菌、真菌和病毒，甚至原虫和肿瘤的广谱活性，因而在生物自然进化过程得于保存下来，是动物先天免疫系统的重要组分，应广泛存在于动物界中（Hoffmann et.al. 1999）。寻找各种饲养动物的内源性抗菌肽，以现代生物技术方法工业化生产这些在抗病原上具有动物“种”专一性或特异性的系列产品，无疑将是“后抗生素时代”的一条出路和发展方向。
参考文献
郭玉梅. 1997. 某些抗菌肽的研究进展. 生命科学, 9(1):29~39
黄亚东，郑青，黄自然等.2002. 抗菌肽ＡＤ基因的改造及在毕赤酵母中的表达. 华南理工大学学报 (自然科学版 )，30（2）：13-16
李文楚,温刘发,黄自然等. 1994. 柞蚕杀菌肽对热带作物病原细菌的杀菌作用.热带作物学报, 15（1）:97~101
温刘发，何丹林，张常明等.2001. 抗菌肽酵母制剂的生产及其作饲料添加剂应用价值的探讨.广东蚕业,35（2）：34-36
郑青,黄自然,姚汝华等. 1999. 人工合成Cecropin AD基因在酵母中表达. 蚕业科学, 25（3）：175~180
Brey P T, Hultmark D. 1998. Molecular mechanisms of immune responses in insects. Great Britain,London:Chapman & Hall．
Hoffmann J A, Kafatos F C, Janeway C A, et.al. 1999. Phylogenetic Perspectives in Innate Immunity. Science, 284: 1313-1318.
Hancock REW and Scott MG.2000. The role of antimicrobial peptides in animal defenses. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 97(16): 8856-8861.
Li P, Chan HC, He B et al. 2001. An antimicrobial peptide gene found in the male reproductive system of rats. Science ,291(5509):1783-1785
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