苍蝇的抗菌肽可以用在人身上吗？
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抗菌肽的概念和分类
抗菌肽是指在昆虫体内诱导产生的一类分子量约为4KD的具有抗菌活性的碱性多肽。最初，人们在研究北美天蚕的免疫机制时，发现外界刺激诱导滞育蛹后，天蚕的血淋巴产生抗菌肽，命名为天蚕素。后来，从其他昆虫、两栖动物和哺乳动物中也分离出了结构相似的抗菌肽。到目前为止，已经在不同的动物组织中发现了许多抗菌蛋白和抗菌肽，并确定了70多种抗菌肽的结构，大大扩展了抗菌肽的概念。
根据抗菌肽的结构可分为五类:(1)无半胱氨酸残基的单链α螺旋，或由两个α螺旋随机卷曲连接而成的肽；(2)富含某些氨基酸残基但不含半胱氨酸残基的抗菌肽；(3)含有1个二硫键的抗菌多肽；(4)具有两个或多个二硫键和β-折叠结构的抗菌肽；(5)由其他已知功能的大多肽衍生的具有抗菌活性的肽。其中，最早从非洲爪蟾中分离出的天蚕素和Magainins属于第一类抗菌肽，通常称为天蚕素抗菌肽，目前对这些抗菌肽的研究也比较深入。
抗菌肽的生物学效应
抗菌肽具有广谱的抗菌活性，对细菌有很强的杀灭作用，尤其是其对一些耐药病原菌的杀灭作用受到了更多的关注。
此外，还发现一些抗菌肽可以杀死一些病毒、真菌、原虫和癌细胞，甚至可以提高免疫力，加速伤口愈合。
抗菌肽广泛的生物活性显示了其在医学上良好的应用前景。
抗菌肽的作用机制
自从发现抗菌肽以来，人们对抗菌肽的作用机制进行了大量的研究。目前已知抗菌肽作用于细菌细胞膜。在此基础上，提出了抗菌肽作用于细胞膜的各种模型。但严格来说，抗菌肽杀死细菌的机制还没有完全弄清楚。
目前普遍认为，天蚕素抗菌肽作用于细胞膜，在膜上形成跨膜离子通道，破坏膜的完整性，造成细胞内容物的渗漏，从而杀死细胞。
抗菌肽破坏膜的完整性，使细胞内外屏障丧失，从而杀死细菌的观点已经基本得到认可，但具体的作用过程，是否有特定的膜受体，是否有其他因子相互协同作用，还不是很清楚，有不同的看法。不同抗菌肽的作用机制可能不同，需要进一步研究。
抗菌肽的基因工程
抗菌肽在动物体内的含量很少。从动物体内提取抗菌肽产量低、耗时长、工艺复杂且价格昂贵，无法实现规模化生产，成为抗菌肽实际应用的最大障碍。因此，开展抗菌肽的基因工程研究具有重要意义。
目前，大多数进入临床应用的基因工程药物都是通过原核表达系统生产的。但是由于抗菌肽对细菌的杀伤作用，具有生物活性的抗菌肽不能直接用原核表达系统表达，如果以融合蛋白的形式表达，会给表达产物的后处理带来很大的麻烦。因此，国内外研究人员大多利用真核表达系统对抗菌肽进行基因工程研究。
近年来，人们越来越重视酵母作为基因工程受体的研究。酵母具有比大肠杆菌更完善的基因表达调控机制和加工、修饰、分泌表达产物的能力，且不会产生内毒素，是基因工程中良好的真核基因受体。自1978酵母转化成功以来，已有干扰素基因、乙肝表面抗原基因、α-淀粉酶基因等数十种外源基因在酵母中表达。国内研究者的大量研究表明，利用酵母表达抗菌肽是一种可行的方法。如果能进一步提高表达量，将为抗菌肽的早期应用打下良好的基础。
一.概述
抗菌肽是一类由生物体诱导产生的具有生物活性的小分子多肽，分子量约为2000 ~ 7000，由20 ~ 60个氨基酸残基组成。这些活性肽大多具有强碱性、热稳定性和广谱抗菌性。世界上第一个抗菌团队发现于1980年，当时瑞典科学家G.Boman等人通过注射负通讯菌和大肠杆菌，诱导蚕蛹产生一种具有抗菌活性的多肽，命名为Cecropins。在随后的几年里，人们从细菌、真菌、两栖动物、昆虫、高等植物、哺乳动物甚至人类中发现并分离出了抗菌肽。最初发现这类活性肽对细菌具有广谱、高效的杀菌活性，故命名为“抗菌肽”，中文翻译为抗菌肽，原意为抗菌肽。随着人们研究工作的深入开展，发现一些抗菌肽对一些真菌、原虫、病毒和癌细胞有强大的杀伤作用，所以很多学者倾向于将这些活性肽称为“肽抗生素”。
二、抗菌肽的理化性质、作用机理和作用范围
天然抗菌肽通常是由30多个氨基酸残基组成的碱性小分子肽，水溶性好，分子量约4000道尔顿。大多数抗菌肽具有热稳定性，在100℃加热10 ~ 15 min仍能保持活性。大多数抗菌肽的等电点大于7，表现出很强的阳离子特性。同时，抗菌肽对较高的离子强度和较高或较低的pH值有很强的抵抗力。此外，一些抗菌肽具有抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶水解的能力。
抗菌肽的作用从目前的研究结果来看，一般认为抗菌肽的杀菌机制主要是作用于细菌的细胞膜，破坏其完整性，造成穿孔，导致细胞内容物溢出而死亡。首先通过静电吸引附着在细菌膜表面，疏水的C端插入膜内的疏水区域并改变膜的构象。许多抗菌肽在膜上形成离子通道，导致一些离子的逃逸和死亡。有学者认为抗菌肽作用于膜蛋白，引起凝血、失活和离子通道，引起膜通透性改变，导致死亡。也有学者问抗菌肽是否有特异的膜耐受性，是否有其他因素的协同作用。不同种类的抗菌肽的作用机制可能不同。
大多数抗菌肽具有强碱性、热稳定性和广谱抗菌活性的特点。一些抗菌肽对一些真菌、原虫、病毒和癌细胞有强大的杀伤作用。
1.抗菌肽对细菌的杀灭作用
抗菌肽对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌具有高效广谱的杀灭作用。国内外已有报道，抗菌肽至少能杀死113种不同的细菌。
2.抗菌肽对真菌的杀灭作用
首次发现具有抗真菌活性的抗菌肽是从两栖类青蛙皮肤中分离出的Magainins，它不仅作用于C+和C-，还能杀死真菌和原生动物。防御素是一种动物细胞内源性杀菌多肽，从吞噬细胞中分离出来，抗菌谱广。它对G+的杀伤作用大于对G-的杀伤作用，对真菌和一些真核细胞也有作用。天蚕素A及其类似物，如天蚕素-蜂毒素杂合肽，对感染昆虫的真菌有一定的杀灭作用。
3.抗菌肽对原虫的杀灭作用
抗菌肽Magainins对原虫有杀灭作用。实验表明抗菌肽能杀死草履虫、阿米巴虫和四膜虫。柞蚕抗菌肽D对阴道毛滴虫也有杀灭作用。
4.抗菌肽对病毒的杀伤作用。
Melitiin和Cecropins通过在亚毒性浓度下抑制基因表达来抑制HIV-1病毒的增殖。Magainin-2及合成肽Modelin1和modeln-5对疱疹病毒HSV-1和HSV-2有一定的抑制作用。这些肽直接作用于病毒包膜，而不是抑制病毒DNA的复制或基因表达。
5.抗菌肽对癌细胞的杀伤作用
抗菌肽对正常哺乳动物细胞和昆虫细胞无不良影响，但对癌细胞系有明显的杀伤作用。这种选择机制可能与细胞骨架有关。已经有关于抗微生物肽对宫颈癌细胞、直肠癌细胞和肝癌细胞的剂量相关效应的报道。
三、抗菌肽的发展现状
迄今为止，已从不同生物中诱导分离出200多种抗菌肽，仅从昆虫中就分离出170种。人们根据抗菌肽的来源和结构特性对其进行分类。根据抗菌肽的结构，可以将其分为五大类。
1.天蚕素是一种具有螺旋结构的线性多肽，是Boman等从美国蚕蛹中分离出的第一个发现的动物抗菌肽，1980，这类多肽抗生素一般含有37 ~ 39个氨基酸残基，不含半胱氨酸。它的N端区域呈强碱性，可以形成近乎完美的两亲性螺旋结构，而C端区域可以形成疏水性螺旋，两者之间有甘氨酸和脯氨酸形成的铰链区。大多数肽在C-末端被酰胺化，酰胺化在它们的抗菌活性中起重要作用。此后，从家蚕、柞蚕、果蝇和麻蝇中分离出了天蚕素抗菌肽。在1989中，Lee等人将猪的小肠划分为天蚕素P1，表明天蚕素可能广泛存在于动物体内。天蚕素对革兰氏阳性菌和阴性菌有很强的致死作用，但对真菌和真核细胞没有毒性。目前，天蚕素已被人工合成并商业化。
Magainins也是较早发现的一类具有两亲性螺旋结构的抗菌肽。最初从蟾蜍皮肤中分离出来，后来在哺乳动物神经组织和肠组织中发现了它的类似物。Magainins能杀灭革兰氏阳性菌、阴性菌、真菌和原虫，但对革兰氏阴性菌的活性比天蚕素低约10倍。
此外，还从一些动物的生殖器官和两栖动物的各种组织器官中分离出一些具有螺旋结构的多肽，如南美蛙的皮抑菌素和树蛙的铃蟾肽。
2.富含某些氨基酸的线性多肽apidaecins是一种富含脯氨酸的多肽抗生素，一般含有16 ~ 18个氨基酸残基，其中脯氨酸含量高达33%，精氨酸含量高达17%。Apidaecins对某些革兰氏阴性菌有较强的活性，但对革兰氏阳性菌无作用。芹菜素对一些革兰氏阴性植物病原菌和肠杆菌科病原菌具有较高的致死率，在植物抗菌基因工程和食品工业中具有良好的应用前景。
Drosocin是一种来自果蝇的富含脯氨酸的抗菌肽，其结构类似于apidaecins，但在11位的苏氨酸羟基上连接了一个O-二糖链(-N-乙酰半乳糖胺-半乳糖)。)
鞘翅目菌素和半翅目菌素分别来源于鞘翅目和半翅目。它们的一级结构富含甘氨酸，分子量一般较大。Oppenheim等人从人类腮腺和下颌腺分泌物中分离出一组富含组氨酸的抗菌肽，长度从7到38个氨基酸残基不等，被称为富组蛋白。它对多种引起口腔感染的微生物有活性。吲哚菌素是一种来源于牛中性粒细胞的多肽抗生素，因其13氨基酸含有五个色氨酸而得名。它的c端被酰胺化了。对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有很强的杀菌活性。
3.具有二硫键的多肽这是一种抗菌肽，数量很少。第1个发现的多肽是bactenecin，来源于牛的中性粒细胞。其12氨基酸含有四个精氨酸，第二个氨基酸残基与11氨基酸残基之间形成二硫键。杆菌素对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有活性。这类多肽还包括一些来自蛙皮的多肽抗生素。一般在C端有一个由7个氨基酸组成的“环”，在N端有一条长长的“尾巴”，如Brevinin-1和Brevinin-2。
4.具有两个或多个二硫键的多肽。这类多肽的典型代表是防御素。最初发现的α-防御素来自哺乳动物组织，一般含有29 ~ 34个氨基酸残基，其中6个保守的半胱氨酸形成3个分子内二硫键。此外，第6位和15位的精氨酸和第24位的甘氨酸也是保守的。α-防御素可以形成三层β片层结构，由三个二硫键和Arg-6与Glu-24之间的一个盐桥稳定。目前，防御素已经合成并商业化。防御素能杀死多种细菌和一些真菌，对真核细胞有毒性。防御素对革兰氏阳性菌的活性强于革兰氏阴性菌。防御素的活性比天蚕素弱，通常在低离子强度下起作用。β-防御素比α-防御素大，一般含有38 ~ 42个氨基酸残基。它们都含有3个二硫键和4 ~ 8个精氨酸。昆虫防御素在C端与α-防御素相似，但只有两个β-片层结构，中间一个α-螺旋起稳定作用，主要作用于革兰氏阳性菌，对真菌没有作用。植物防御素一般有45 ~ 54个氨基酸残基，可以形成4个二硫键、3个β片层和一个α螺旋结构。植物防御素一般只对真菌起作用，对细菌没有作用。不同的植物对真菌有不同的抗菌谱。硫素也是一类来自植物的多肽抗生素，含有45 ~ 47个氨基酸残基，由6或8个半胱氨酸形成3或4个二硫键。其二级结构可以形成两个反平行的α螺旋结构和两个反平行的β片层结构。硫素抑制多种植物病原菌和真菌，但对假单胞菌和欧文氏菌没有作用。
5.羊毛硫抗生素羊毛硫抗生素(1抗生素)是指由细菌产生，由核糖体中的基因编码合成，经过翻译加工，含有一些特殊有机基团的一些多肽类抗生素。乳链菌肽是研究最广泛的一种。是一种来源于乳酸菌的抗菌肽。成熟肽由34个氨基酸组成，含有羊毛硫氨酸和甲基羊毛硫氨酸等特殊基因。主要作用于革兰氏阳性菌，对革兰氏阴性菌无作用，已被广泛用作食品防腐剂。乳酸链球菌素及其类似物在医学上的应用研究也在进行中。
四、抗菌肽在医药工业中的应用及前景
目前，所有常规抗生素都有相应的耐药致病菌株，病原菌的耐药性已经越来越威胁到人们的健康。寻找新型抗生素是解决耐药性问题的有效途径。抗菌肽具有抗菌活性高、抗菌谱广、种类多、选择范围广、目标菌株不易产生耐药突变等优点，被认为在医药行业具有广阔的应用前景。目前多种多肽类抗生素正在进行临床前可行性研究，其中magainins已进入三期临床试验。几种多肽抗生素的医学研究进展。
公司肽临床适应症开发阶段
Magainin Pharmaceutical MSI-78脓疱病在第三阶段后被放弃(1997)
MSI-78外用治疗糖尿病足溃疡ⅲ期(1997)
应用微生物学/Astra/Merck Nisin(lantibiotic胃螺杆菌感染/溃疡早期临床试验(1997))；第一阶段(1998)
应用微生物学/Nippon/Shoji Nisin变异万古霉素耐药肠球菌(肠胃外)临床前研究(1997)
micro logix Biotech MBI-11CN+革兰氏阳性感染临床前研究(1997)
MBI-20系列(α螺旋)革兰氏阴性感染；常规抗生素研发的增强剂(1997)
内生素IB 367(β-折叠)口腔粘膜炎(口腔溃疡)的局部治疗临床前研究(1997)；第一阶段(1998)
Xoma霉形体(BPI衍生)系统性念珠菌病；氟康唑活性增强剂的临床前研究(1997)；二期完成，三期启动(1998)
目前临床试验多用于局部治疗，应该是安全有效的，因为一些毒性更大的肽和脂肽，如杆菌肽S和多粘菌素B，已经被用于制作皮肤软膏。这些多肽也可用于常规抗生素和常规疗法无效的地方。用散剂治疗肺部感染是一个很有前途的发展方向。口服药物可能用于治疗肠道感染，乳酸链球菌素正在进行抗螺杆菌的临床试验。至少有两家公司正在开发肠胃外给药的治疗方法。
抗菌肽基因工程在农业上的应用主要是用于转化作物和培育抗病品种。由于抗菌肽对多种植物病原菌具有杀菌活性，因此有望通过将抗菌皮肤基因导入植物进行表达来提高其抗病性。
抗菌肽基因已被用于转化作物培育抗病品种，如抗马铃薯青枯病、抗烟草青枯病、抗水稻白叶枯病等。
抗菌肽对正常哺乳动物细胞无不良影响，但对癌细胞系和某些病毒有明显的杀伤作用。这表明抗菌肽在癌症的治疗和预防以及抗病毒方面具有良好的应用前景。
由于一些多肽抗生素对一些植物病原细菌和真菌具有很强的抗性，因此一些多肽抗生素已被用于植物抗病基因工程。例如，Jaynes等人将天蚕素的两个相似基因Shiva-I基因和SB-37基因转化到烟草中，发现Shiva-I转基因烟草对青枯病有一定的抗性，而SB-37转基因烟草没有抗性。黄等的研究表明，将天蚕素样多肽MB-39基因与大麦和淀粉酶信号肽基因融合，转入烟草，增强了植物对野火病的抗性。在中国，黄大年等人用cecropinB基因转化水稻，获得了一些对水稻条纹叶枯病具有不同抗性的植株。
抗菌肽的动物转基因研究也取得了一些进展。例如，一些虫媒疾病的传播可以通过基因工程来阻断。Possani等人的研究表明，在蚊子体内表达Shiva-3可以抑制疟疾的传播，但蚊子的转基因技术仍然存在一些困难。Durasu1a等人通过在长红猎蝽的* * *细菌中表达CecropinA，显著减少了体内锥虫的数量。Reed等将Shiva-Ia转化小鼠，转基因小鼠对布鲁氏菌的抗性显著增强，为人工培育抗病育种动物新品种提供了新思路。此外，抗菌肽在食品保鲜、花卉保鲜和动物饲料添加剂方面的应用研究也在不断进展。
动词 （verb的缩写）中国抗菌肽研发现状
华南农业大学黄自然教授及其研究团队经过十余年的努力，从我国特有物种柞蚕蛹中人工诱导提取出该产物(溶菌酶)，是一项开创性的科研成果。抗菌肽医药产品是用生物工程方法提纯的一类新药。具有广谱杀菌作用，能抑制乙肝病毒的复制。特别是对于耐药菌，抗菌肽具有很强的杀伤作用，可以选择性杀伤肿瘤细胞，是一种具有靶标和新的作用机制的化合物。
南开大学、天津大学和大港油田联手攻关，成功从苍蝇体内分离出抑制多种致病菌和病毒的抗菌肽。目前已经完成了多种抗菌实验，研究人员正致力于进一步纯化从苍蝇幼虫中提取的抗菌肽。
中国科学院上海生化与细胞学研究所张等在一个新的鼠源基因Binlb(批准号:39893320)的功能研究上取得突破。该基因只在附睾头上皮细胞中特异性表达抗菌肽，在旺盛生长期表达量最高。这是第一个与附睾防御系统相关的天然抗菌肽，与人体相似。也是国际上发现的第一个与男性生殖系统炎症相关的功能基因，首次证明附睾具有免疫系统。其研究成果:大鼠生殖系统中的一个抗菌肽基因于2001年3月发表在《科学》杂志上，这是我国生命科学基础研究成果首次发表在《科学》杂志上。
中国水稻研究所黄大年教授对家蚕抗菌肽B基因转化水稻的研究表明，转化抗菌肽B基因的植株对白叶枯病和细条纹叶枯病的抗性表现出明显的提高，为水稻抗病育种提供了新的途径。将该基因导入推广品种，可以保持优良的农艺性状。此外，第二代转基因植株仍表现出对白叶枯病和细条纹叶枯病的抗性。
中国农业科学院生物技术研究中心研究员贾完成了天蚕素B和Shiva A基因的合成，构建了表达载体，并将这些基因成功导入我国7个主要马铃薯品种(系)，获得1050个转基因株系。经过多年多点抗病性鉴定，初步筛选出3个与原品种相比具有抗病性的品系。
黄亚东、郑青、王林川、廖福平、黄自然等。利用病毒载体pAcGP67B通过PCR点突变技术删除柞蚕抗菌肽基因的起始编码ATG，形成信号肽切除位点的编码序列。gp67信号肽的插入可以引导表达产物分泌到细胞外，便于表达产物的鉴定和生物活性的测定。柞蚕抗菌肽D基因重组杆状病毒表达载体的构建及表达。
不及物动词摘要
抗菌肽成为药物还有一些问题需要解决。首先是来源。由于昆虫抗菌肽的天然资源有限，化学合成和基因工程成为获得抗菌肽的主要手段。肽的化学合成成本很高。然而，通过基因工程，抗菌肽基因在微生物中的直接表达可能会导致宿主微生物自杀，无法获得表达产物。虽然以融合蛋白的形式表达抗菌肽基因可以克服这一缺点，但表达产物仍然很少。虽然来自青蛙皮肤的抗菌肽maganin已经作为基因工程药物进入临床II期和III期实验，但人们认为抗菌肽只有在每克价格低于10美元的情况下才能实现商业化。因此，如何提高抗菌肽的生产效率，降低生产成本，是抗菌肽应用中必须解决的问题。其次，与传统抗生素相比，昆虫抗菌肽的抗菌活性并不理想。改造现有抗菌肽和设计新的抗菌肽是创造高活性抗菌肽的有效途径。因此，有必要进一步研究抗菌肽的结构与活性的关系及其作用机制，为抗菌肽的改造和设计提供充分的理论依据。