生物分泌抗菌物质研究进展

热带医学杂志2007年3月第7卷第3期[文章编号]1672-3619(2007)03-028503综宗述生物分泌抗菌物质研究进展国果,吴建伟*(贵阳医学院寄生虫学教研室,贵阳550004)【摘要】分泌物是生物防御系统的组成之一,从最原始的植物到细菌、真菌、两栖动物乃至高等级的哺乳动物,它们都能利用独特的分泌物来维持自身的菌群平衡及抵御外物尤其是病原微生物入侵。本文从生物分泌物抗菌物质的分类及生物学特性、抗菌机理、应用及展望几个方面对其进行了综述关键词】分泌物;抗菌物质;生物学特性;抗菌机理中图分类号:R392.1文献标识码:A健康的生物有抵抗外物入侵的能力,经过漫长的种族芽孢杆菌( Bacillus subtilis)分泌物能产生具有抑制植物病进化,从最原始的植物到细菌、真菌、两栖动物乃至高等级害能力的抗菌物质,推测属于一些低分子抗生素8。目前的哺乳动物,各种生物体都形成了各自特有的防御系统来已发现了数十种细菌分泌型抗菌物质,包括乳酸菌产生的抵制病原微生物的侵入和维持自身的菌群平衡。因此乳酸链球菌肽( nisin)、莴苣苦素( lactacin)、片球菌素分泌物是生物防御系统不可缺少的组成之一,本文拟就各 pediocin),芽孢杆菌产生的枯草杆菌素( subtilin)、大杆菌种生物分泌物中抗菌物质的研究进展作一简要综述素( megacin),放线菌产生的纳他霉素( natamycin)、聚溶素1分泌物中抗菌物质的分类及其生物学特征及一些食用菌产生的多糖类抗菌物质0。国内谢栋等从芽孢杆菌分泌物中分离到的抗菌蛋白98I,对轮纹病1.1植物分泌物抗菌物质菌、芦笋茎枯病菌等多种植物病原菌有强烈的抑制作用植物分泌物主要来源于根系的直接分泌,也可以是健进一步研究发现其是一种相对分子质量为59000,含370康组织有机物的释放或衰老的表面细胞和细胞内容物的个氨基酸残基,等电点6.5,含糖、含脂肪酸的蛋白质,还具分解产物2。许多植物根系分泌物可通过对病原微生物种有相当高的热稳定性,抗蛋白酶K稳定性。乳链球菌肽群的数量、生长、存活、趋化性、侵染力等抑制作用直接(nin)对大多数革兰氏阳性菌有抑制作用,但对绝大多控制病毒的发生,还能通过影响其他微生物区系与病菌革兰氏阴性菌和真菌没有抑制作用:粘附于人类肠道的嗜产生拒抗而抑制病害发生。苦皮藤素( Celastrus angulatus)乳酸杆菌LAl分泌的抗菌物质LA1-SCS,对革兰氏阳性的根分泌物可以有效地防止病原细菌危害3;小麦根系菌和对革兰氏阴性菌都有抑制作用2)分泌物能直接抑制小麦全蚀病原菌( Gaeumannomyces1.3昆虫分泌物中的抗菌物质ainis)的菌丝发育4,荞麦( Fagopyrum esculentum)的根昆虫是自然界中最大的生物类群,其在进化过程中发系分泌物对小麦全蚀病菌也有明显的抑制作用③S,但豆展了多种防御机制,包括昆虫分泌并向体外释放的体外化类、棉花( Gossypium arboreum)和茄子( Solanum melongena)学性防御物质,昆虫的抗菌肽、凝集素及溶菌酶等体内分等的根系分泌物对黄萎轮枝霉( Verticilium)的抑制则是通泌的化学防御物质。体外防御性物质一般认为是在特殊腺过吸引黄蓝状菌(Tω talaromyces flavus)而间接起作用的∽。体(上鄂腺、唾腺、背腺、臀腺或附腺等)或肠道中合成分泌NGID等对多种植物根系分泌物的成分进行了研究,发到体外,体内抗菌物质主要在脂肪体合成,其他部位也有现其是多种成分的混合物,包括糖、氨基酸、有机物等初生少量合成等代谢产物及酚类等次生代谢产物。但到目前为止,植物分1.3.1苯醌类分泌物黄粉虫( TeneborL)和琵琶泌物中具体是何种成分发挥抗菌作用少见报道。甲可通过部分外翻腹部防御腺释放岀具刺激性气味的有1.2细菌分泌物抗菌物质毒分泌物,该分泌物中的苯醌类防卫化合物如2-甲基对多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都可以分泌阳离苯醌(MBQ)和间甲酚具有抑制多种革兰氏阳性、阴性菌和子和中性类的抗菌物质。1945年, JOHNSON首次报告枯草真菌的作用B。1.3.2肽类分泌物蜂毒肽()是由蜜蜂附腺特化基金项目:国家自然科学基金(N0.39970087);贵州省教育厅项目形成的毒腺分泌物,具有26个氨基酸残基,包含一个亲水(No.2003108)性、一个疏水性结中国煤化工链接区。与作者简介:国果(1975~),女,讲师,博士研究生,研究方向为昆虫其他具有疏水性opin)相比蜂毒肽C-端具有CNMHG从蜜蜂属的通讯作者:吴建伟,教授,E-mal:wjw@gme,edu.en意大利蜂( Ipis mellifera)、中华蜜蜂( Apis cerana)、大蜜蜂286·Journal of Tropical Medicine Vol 7 No 3 Mar 2007( Apis dorsata)和小蜜蜂( Apis florea)四个种中分离到数种道内,可随着幼虫分泌排泄物一起排出体外,推测这是活蜂毒肽,它们除具有杀菌活性外,还有裂解脊椎动物红细的幼虫能治疗陈伤烂疮的原因之·胞的作用。实蝇毒素( ceratotoxins)是一类在雄性地中海1.4两栖动物及爬行动物皮肤分泌物抗菌肽实蝇生殖附腺分泌物中分离到的雄性特异性抗菌肽,对大在长期的自然选择过程中,蛙类形成了由背部及腹部肠杄菌有着极强的抗菌活性,对藤黄微球菌(Miσ coccus皮肤分泌物来抵御有害环境因孑的侵袭。我国古代就已经lu!ews)具溶解作用。之后又在雌性实蝇附腺分泌物中分离对蛙形目蟾蜍科动物的分泌物进行利用。几十年前从欧洲到4种抗菌肽即:实蝇毒素A、B、C、D。A、B抗菌肽均含有花铃蟾( Bombina variegata)皮肤中发现了第一个两栖类皮29个氨基酸残基,并仅在第6位和第19位氨基酸残基上肤抗菌多肽3。1987年从非洲爪蟾( Xenopus laevis)的皮肤存在差异,二级结构具有α螺旋构象。实蝇毒素A的中心中发现了另外一种抗菌多肽 magainin-,由于其具有广谱区域(10-19)残基发生螺旋化,构成抗菌肽旳中心,所有的的抗微生物活性(包括抗多种细菌、真菌、原虫),受到了极极性氨基酸残基分布于与α螺旋平行的区域,约占整个螺大的关注。在此以后,逐渐有 Blmbinin-like家族、 Bredinin旋表面的1/3,因此实蝇毒素具有亲水脂性。实蝇毒素基家族和 Caern家族等陆续被发现,其中 Caern1-1的抗菌因不需诱导仍能正常表达,对革兰氏阴性菌如大肠杄菌和能力最强。从结构上可以把两栖类皮肤抗菌肽简单地分为鼠伤寒沙门氏菌等具有杀菌活性μ两大类,一类为线性α-螺旋多肽,它们不含二硫键:另1.3.3家蝇体外分泌物家蝇( Musca domestica vicina I)类是环性肽,其分子中含有由一对半胱氨酸组成的二硫幼虫经常孳生于各种病原菌丛生的肮脏环境中,但其自身键。 Caern1有两个螺旋,第1个螺旋是从第2位的L到第并不被病原菌所感染。人工饲养家蝇幼虫的饲料富含多种1位的K,第2个从第17位的Ⅴ到第24位的H,连接这淀粉、蛋白质和维生素,但在温度、湿度都适宜的条件下两个螺旋的是一段多变的铰合区。其中第15位的pro只要有足够的幼虫长于其中,饲料就不会长菌。这种极强基直接导致了肽的中间区域不能形成螺旋。此外,无论的适应恶劣环境的能力预示着它们在防御机制方面有着从N端或C端降解2个氨基酸残基都会导致 Carin1家不同于其它种类昆虫的独特性质族的多肽抗菌活性丧失。现有的研究表明,家蝇免疫防御性物质主要有两个来蛇毒是爬行动物分泌物中研究得较多的一种,其主源:一是可诱导的幼虫血淋巴15,二是幼虫体外分泌物。要含有多种酶类和蛋白毒素,不同属的蛇毒对金黄色葡EMos发现家蝇幼虫中肠分泌泡分泌到肠绒毛表面旳萄球菌、大肠杄菌及嗜水气单孢菌等均有抗菌作用。张景溶菌酶能消化细菌。张文吉等对幼虫体外分泌物研究结海等发现四种蛇毒对革兰氏阳性、阴性菌有抗菌活性果表明,它具有抑制多种植物革兰氏阳性菌和革兰氏阴性同时也证实了有抑菌作用的物质是蛇毒中的L-氨基酸氧菌及毛霉生长的作用,抑菌谱相当广。初步提纯后显示,其化酶,酶活力越高,抑菌活性越强熔点为60~100℃,最大紫外吸收在210mm左右。经高压液1.5哺乳动物分泌物抗菌肽一防御素相色谱分析,含有5种成分,初步官能团验证表明不含糖防御素具有广泛的抗细菌、真菌和病毒的活性。哺乳可能含有α氨基酸、伯胺或羟基胺等。吴建伟博士嶍对家动物防御素有α防御素和β防御素两种,其中β防御素是蝇幼虫生态处理猪粪后猪粪中菌群数量变化进行了研究,由上皮细胞合成,分泌进入消化道、皮肤和伤口等与空气接亦发现幼虫分泌排泄物中含有抗大肠杄菌的物质,并且触的粘液中,属于分泌型防御素。它由38-42个氨基酸残基抗菌物质至少可在粪渣中维持到第8天,121℃30min可组成,60%~70%是保守的,相对分子质量4000-600左使其灭活。张财兴等分别用三种方法提取家蝇幼虫分泌右,分子中含有6-8个Cys残基,形成3-4对分子内二硫物,抗菌活性试验证明对大肠杄菌、金黄色葡萄球菌、枯键,具有稳定的分子结构和广谱的抗菌活性。β防御素草杄菌和白假丝酵母菌均有抑制作用,同时,分泌物还具在宿主呼吸道防御中起着重要的作用。有杀根结线虫的效能。分泌物大部分呈中性至弱碱性.少部分为弱酸性,等电点为8.05。我实验室经过长期的研2抗菌物质的抗菌机理究,发现该分泌物对寄生虫卵(猪蛔虫卵)的发育有一定不同来源的抗菌物质,抗菌途径不一样。2-甲基对苯的抑制作用m。我们后续使用凝胶层析等分离纯化方法从醌(MBQ)抑菌机理可能是刺激其代谢物对供试菌DNA的该分泌物中纯化到3个抗菌组分,均具有广谱抗菌活还原型辅酶I造成损伤,而对甲酚则与其分子结构上具有性,对蛋白酶不敏感,耐高温和反复冻溶促进该物质进入细胞的羟基,提高了油脂的硫代巴比妥酸除上述物质外,日本学者从家蝇幼虫分泌物中提炼出反应物的反应水平和诱导膜流体性改变的作用有关,但具了一种尿囊素,含量虽小,却有杀菌防腐、抗氧化的作用。体抑菌机理尚需进一步研究3。抗菌肽类物质对病原菌的纯品是无臭无味的白色结晶体,相对分子质量1582,熔点抗菌机理研究得比较多,但目前还没有一个涵盖所有抗菌大于220℃,微溶于冷水,人工合成后可广泛运用于医药肽作用机理的理轻工、日化等方面。另外,家蝇幼虫体内还存在一种粪产碱过细菌细胞膜后V山中国煤化工D抗穿菌),有抑制病原菌的作用。这种碱菌存在于蝇幼虫消化RNA和蛋白质的CNMHG膜上打孔导致细胞膜通透性增大,破坏细胞膜的完整性后菌丝原生热带医学杂志2007年3月第7卷第3期287质体从胞壁破坏处泄漏,菌丝断裂,孢子及菌丝畸形继而细3] WENJUN W, MINGAN W, WENMING Z,etal. Insecticidal菌溶解;③阻断细胞膜组分合成或者抑制细菌呼吸导致Celastrus angulatus [JI靶细胞死亡∞;④作用于宿主细胞,激活机体免疫功能(3Phytochemistry,2001,58(8):1183-1187抗菌肽对细菌、病毒甚至寄生虫有抑制作用,但它对[4] SMILEY RW, COOK RJ. Relationship between take all wheat人体是安全的,对于高等动物无毒,因为高等动物的细胞and rhizosphere pH in soils fertilized with ammonium vs, nitratenitrogen[J]. Phytopothol, 1973, 63: 882-890骨架完整、修复快,故不会造成最终的损伤。[5] SHUMAN LM, WANG J. Elfect of rice variety on zine3抗菌肽类物质的应用及展望cadmium, iron, and manganese content in rhizosphere and nonrhizosphere soil fractions [J]. Commun Soil Sci Plant A nal20世纪20年代以来发现的抗生素,对人类的健康作出了巨大的贡献。但随着抗生素的大量使用,微生物耐药[6]熊平,宋光煜根分泌物对根际微生物生态分布性增强的问题日渐突岀,寻找新的抗菌资源已成为备受关的影响[J.土壤通报,2002,33(2):145-148注的焦点。生物抗菌蛋白/抗菌肽抗菌机理与青霉素等抗[7 INGID K, RAFFIZY K, Soluble root exudates df maizeInfluece of potassium supply and rhizosphere microyanism [J]菌机制不同,后者是通过阻断大分子的生物合成来发挥作Soil biol biochem. 1984. 16: 315-322用,而抗菌肽独特的抗菌机理不易使微生物产生耐药性,[8]王岳.抗生素[M].北京:科学出版社,1986:453-471.能直接杀死多种微生物基至病毒、肿瘤和寄生虫,同时9]刘毅,宁正祥,天然食品防腐剂-抗菌肽[J.食品科学,还能加速机体免疫和伤口的愈合过程。对真核生物无致畸作用、无毒性,也不易产生耐药性。因此,可以根据抗菌肽[10] OUWEHAND AC. Antimicrobiac components from lactic acid结构与功能的研究,进行新的抗菌肽设计与改造,寻cteria[M 1//SALMINEN S, VON WRIGHT A ved Lacticacid bacteriami crobiology and functional aspects [M]. Second些具有抗细菌、真菌、病毒乃至肿瘤细胞的新型抗菌物质,edition. New York: Marcel Dekker. 1998: 139-159为新药的开发提供新途径11]谢栋,彭憬,王津红.枯草芽孢杆菌抗菌蛋白X8Ⅲ的纯化目前,国内外对利用抗菌肽来研究生产新型抗菌药物倍加重视。来源于乳酸链球菌的乳链菌肽治疗奶牛奶头皮「1] BERNET- CAMARD ME, LIEVIN V, BRASSART D,etal.肤局部感染时,lmin内就可杀死金葡菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯杆菌等病原菌,且无不良反应,现其已进入临床实honbacteriocin antibacterial substance(s )active in vitro and in验阶段3。从两栖动物爪蟾( Xenopus laeuis)皮肤分泌物中[J. Appl Envir Ml,1997,63:2747-2753.发现的爪蟾抗菌肽 Maganins现已应用于治疗人皮肤感染[13]强承魁,杨兆芬,杜予黄粉虫防御性分泌物抑菌活性的研究[J].生物技术,2006,16(1)三期临床实验阶段。加拿大的 Intra biotics公司利用从蚕14]张豁中,闻玉麟动物活性成分化学[M].第1版.天津:天或牛分离到的抗微生物肽( Protegrin)I开发出一种抗细津科学技术出版社,1995:616-625和真菌的口服药剂,通过喷雾用于呼吸道感染及口腔粘膜15]赵瑞君,刘成芳,董建臻,等家蝇抗菌肽的诱导提取及筛选炎的治疗,取得了较好的疗效3。至于蝇幼虫,国内外已J]热带医学杂志,2005,5(2):193-194经有将蛆虫应用于感染创面的修复治疗并取得良好的效16 LEMOS FJA. Bacteria-digesting midgut-lysozyome from Musca果柳,称其为蛆清创疗法或生物扩创疗法。metica( Diptera)Larvae, Purification properties and secretarymechanism [J]. Insect Biochem Mol Biol, 1993, 23(4): 533当然,抗菌肽的发展和应用还存在以下问题:①天然抗菌肽来源极有限,大规模开发的途径亟待解决;②目前[17]张文吉,明九雪,罗纪台.家蝇幼虫分泌物防治植物病害研对抗菌肽的毒性、免疫原性及药动学和药效学等的研究依究简报[J.植物保护学报,1994,21(1):90-9据还较少,临床试验有待加强;③抗菌肽在生产、保存、运18]吴健伟.家蝇幼虫生态处理猪粪的效果研究[D].上海第输过程中如何确保活性。但是,我们相信,随着对抗菌肽在医科大学博士后论文,2000:18-21理论和应用上的全面研究开发,抗菌肽必将最终作为一类19]张财兴朱开建杨亚东舍蝇幼虫分泌物及血淋巴活性研新型药物对人类的健康产生深远的影响究[J]厦门大学报(自然科学版),2001,40(6):1301-130520]国果,吴建伟.家蠅幼虫分泌物对猪蝈虫卵发育的影响[J]」贵阳医学院学报,2002,27(2):134-1[参考文献][21]国果,吴建伟.家蝇幼虫分泌物抗菌组分抗菌效果观察及[1 FAGE I, PYE A, RASMUSON T, et al. Insect immunity. 11筛选[J].国际医学寄生虫病杂志,2006,33(1):6-9Simultaneous induction of antibacterial activity and selection22]丁有真,张书芳,高锦亚,等.家蝇幼虫体内的粪产碱菌有of some hemolymph proteins in diapausin抑菌能力[J].中国媒介生物学及控制杂志,1997,8(3)181-1831975,12:1426-1438[23] RINALDI AC. Antimicrobial peptides from amphibian skin: an[2 LILJEROTH E, BAATH E, MATHIASSON I, et al. Root中国煤化工200,.6(6CNMHGHerdeum Vulgare L)in relation to nitrogen fertilization andclass ot antImicrobial peptides fromroot growth[J]. 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