胺基酸以肽鍵相連組成的一大類抗生素。絕大多數由細菌、放線菌產生，少數是真菌代謝產物。肽類抗生素是一類廣泛存在於自然界各種生物中的活性肽 , 具有抗細菌 、真菌 、病毒 、原蟲 , 抑殺癌細胞, 調節免疫等活性 , 有望成為繼傳統抗生素之後一類新的治療藥物。
基本介紹
簡介：,發展歷史：,分類：,按構成與形態分為如下幾種：,按具有多種生物活性分:,肽類抗生素的生物學活性及作用機制：,肽類抗生素的套用研究,肽類抗生素藥物及其開發現狀,
簡介：
組成胺基酸除常見的胺基酸外，還有一些D-胺基酸、β-胺基酸、N-甲基胺基酸以及其他新胺基酸，有些還夾連脂肪酸、芳香酸、羥基酸、糖、胺、雜環等構件。
單純由胺基酸組成的稱為純肽，其餘的稱為雜肽。
發展歷史：
肽類抗生素( peptide antibiotics )是一類廣泛存在於生物體內具有抵抗外界微生物侵害 、消除體內突變細胞的小分子多肽 。 肽類抗生素不僅具有高效廣譜的抗微生物作用 , 還參與免疫應答 、傷口癒合 、細胞因子釋放 、白細胞趨化等反應過程 , 是一類廣譜 、安全 、不易產生耐藥菌的抗生素 。 自 1962年 Kiss 和 Michl 從鈴蟾 (Bombina variegata)皮膚分泌物中分離得到鈴蟾抗菌肽( bombinin)以來 , 在短短的幾十年中已發現了約 800 種抗菌肽 。 隨著研究的深入 , 目前已有數十種抗菌肽進入了藥品開發程式 , 其中一些肽類抗生素的臨床套用效果良好且未出現明顯的副作用。
分類：
按構成與形態分為如下幾種：
(1)線狀肽:如短桿菌肽、紡錘菌素、偏端黴素等;
(2)環狀肽:如短桿菌酪肽、短桿菌肽S、枝桿菌素等;
(3)環狀線狀肽:環狀肽上的游離氨基或羧基，再與胺基酸或肽相連形成的肽，如多黏菌素、穎黴素、桿菌肽等;
(4)酯肽:由胺基酸與羥基酸或氨基羥基酸以肽鍵與酯鏈相連組成的肽，如醯胺黴素、恩鐮孢菌素、抗黴素等;
(5)含內酯環的肽:肽鏈上的游離羥基與羧基又以內酯鍵相連，如放線菌素、米卡黴素、醌黴素等;
(6)糖肽:與糖相連的肽，如萬古黴素與博萊黴素等;
(7)高分子肽:如大分子黴素與孢黴素等。
按具有多種生物活性分:
(1)抗革蘭氏陽性菌的肽:如桿菌肽等;
(2)抗革蘭氏陰性菌的肽:如多黏菌素B、黏菌素等;
(3)抗結核的肽:如紫黴素、結核放線菌素、捲曲黴素等;
(4)抗耐甲氧西林金葡菌的肽:如萬古黴素、太古黴素等;
(5)抗真菌的肽:如沙拉黴素等;
(6)抗病毒的肽:如偏端黴素等;
(7)抗腫瘤的肽:如博萊黴素、新制癌菌素、放線菌素等;
(8)免疫抑制劑:如環胞菌素A等;
(9)食品保藏劑:如乳鏈菌肽;
(10)飼料添加劑:如硫肽菌素、維基尼黴素等。
肽類抗生素的生物學活性及作用機制：
1、肽類抗生素對細菌的殺傷作用
肽類抗生素抗菌譜廣 , 可直接迅速地殺傷細菌 。 如天蠶素 PI 、indolicidin 和乳酸鏈球菌素( nisin) 有抗銅綠假單胞菌的活性。聯合套用 ranalexin 和 buforin Ⅰ 對氨苄西林抗性的表皮葡萄球菌 ( Staphylococcus epidemidis)有較好的殺傷作用 。 目前較公認的殺菌機制為肽類抗生素以其疏水端插入細胞膜 ,通過分子的移動在膜上形成孔道 , 引起胞內物質大量滲出 ,最終導致微生物死亡 。 肽類抗生素的跨膜機制很多 , 較為經典的有柵桶模型( barrel -stave model ) 、環孔模型( toroidal pore model )、毯式模型( carpet model ) 等。
肽類抗生素抗菌譜廣 , 可直接迅速地殺傷細菌 。 如天蠶素 PI 、indolicidin 和乳酸鏈球菌素( nisin) 有抗銅綠假單胞菌的活性。聯合套用 ranalexin 和 buforin Ⅰ 對氨苄西林抗性的表皮葡萄球菌 ( Staphylococcus epidemidis)有較好的殺傷作用 。 目前較公認的殺菌機制為肽類抗生素以其疏水端插入細胞膜 ,通過分子的移動在膜上形成孔道 , 引起胞內物質大量滲出 ,最終導致微生物死亡 。 肽類抗生素的跨膜機制很多 , 較為經典的有柵桶模型( barrel -stave model ) 、環孔模型( toroidal pore model )、毯式模型( carpet model ) 等。
2 肽類抗生素對真菌的殺傷作用
某些肽類抗生素有很強的殺真菌作用 , 如天蠶素在 25 ～100 μ g/mL 水平下即對 麴黴菌屬(Aspergillus)和 鐮刀菌 屬( Fusarium)的病原菌產生殺菌效果 。 研究表明肽類抗生素可非競爭性抑制真菌細胞內的 β-1 , 3 -D -葡聚糖合成酶 , 使其不能合成葡聚糖 , 從而使細胞壁結構異常 , 致使細胞破裂 , 細胞內容物滲漏 , 從而發揮抗真菌作用 。 最近研究發現 cecropin的衍生物 P18 對白色念珠菌(Candida albicans)等致病性真菌均有抑制作用 , 其活性部位位於肽段的中央 , 而與 α -螺旋的多少無關。
某些肽類抗生素有很強的殺真菌作用 , 如天蠶素在 25 ～100 μ g/mL 水平下即對 麴黴菌屬(Aspergillus)和 鐮刀菌 屬( Fusarium)的病原菌產生殺菌效果 。 研究表明肽類抗生素可非競爭性抑制真菌細胞內的 β-1 , 3 -D -葡聚糖合成酶 , 使其不能合成葡聚糖 , 從而使細胞壁結構異常 , 致使細胞破裂 , 細胞內容物滲漏 , 從而發揮抗真菌作用 。 最近研究發現 cecropin的衍生物 P18 對白色念珠菌(Candida albicans)等致病性真菌均有抑制作用 , 其活性部位位於肽段的中央 , 而與 α -螺旋的多少無關。
3 肽類抗生素對原蟲的殺傷作用
肽類抗生素可以有效地殺滅引起人類及動物寄生蟲病(如瘧疾 、利什曼病等 )的寄生蟲 。 研究發現 1 種合成的天蠶素 -蜂毒素雜合肽能有效殺傷利什曼原蟲( Leishmania ) ; dermaseptin 的 1 種衍生物能夠殺滅寄生於紅細胞內的惡性瘧原蟲。 目前認為 , 肽類抗生素可迅速降低原蟲細胞膜 H + /OH -的通透性 , 從而破壞膜電勢 、損壞質膜形態 , 殺滅原蟲 。
4 肽類抗生素對病毒的殺傷作用
肽類抗生素可從病毒的核酸複製到顆粒包裝的全過程進行干擾 , 作用機制有 3 種 : ①直接與病毒粒子相結合 , 如乳鐵蛋白經蛋白酶水解後釋放的活性短肽乳鐵多肽( lactofe rricin ) , 具有抗皰疹病毒( herpes simplex virus , HSV)活性以及抗阿昔洛韋( acyclovir)抗性病毒的活性, 其兩親性 β -摺疊結構在與病毒粒子結合的過程中發揮著關鍵作用 ; ②抑制病毒的繁殖 , 如蜂毒素和殺菌肽 A 對 HIV 的作用 ; ③模仿病毒的侵染過程 , 如蜂毒素可以偽裝成菸草花葉病毒包被蛋白質而參與病毒的合成 , 從而干擾病毒的組裝產生抗 病毒活性 。
5 肽類抗生素對腫瘤的殺傷作用
肽類抗生素通常可以選擇性地作用於癌變細胞 , 而對正常哺乳動物細胞無不良影響 , 這與癌細胞表面帶負電荷增加 、細胞骨架系統不發達有關 。 研究顯示 , 肽類抗生素不僅能夠直接作用於腫瘤細胞 , 在細胞膜上形成孔洞或促進癌變細胞向正常細胞逆轉 , 還能夠通過干擾腫瘤細胞 DNA 合成 、促進腫瘤細胞凋亡 、增強機體免疫功能等途徑抑殺癌變細胞。 更生黴素能選擇性與腫瘤細胞 DNA 結合形成複合
物 , 阻礙 RNA 多聚酶的功能 , 從而阻滯腫瘤細胞的分化與增殖 ; 蚯蚓肽可將腫瘤細胞阻滯在 G0 ～ G1 期 , 最終引起癌細胞凋亡而使其增殖受阻 ; 此外 , 觀察癌細胞的病理組織切片可以看到 , 與對照組相比 , 給予肽類抗生素後癌細胞周圍有明顯的炎細胞浸入 , 如淋巴細胞 、單核細胞和中性粒細胞 , 且正
常機體與癌細胞接觸區出現大量結締組織增生現象 , 有形成區域化結構抑制癌細胞擴散的趨勢 。
6 肽類抗生素對機體免疫反應的調節作用
肽類抗生素可調節微生物入侵時宿主的先天性防禦能力 , 如提高吞噬細胞的吞噬能力 、推動中性粒細胞的再循環 、加強前炎症因子的產量等 。 同時 , 肽類抗生素還是細胞介導的獲得性免疫的效應成分 , 充當單核細胞和 T 淋巴細胞的趨化因子 , 使它們能快速聚集在炎症反應部位 。 近期研究發現某些趨化因子也具有防禦素樣的抗菌活性 , 但二者的進化關係尚無定論 。此外 , 肽類抗生素還具有免疫增強活性 , 在趨化 T 細胞再循環 、未成熟 DC 及單核細胞到感染部位中起重要作用 。防禦素不僅能夠調理機體的天然免疫和獲得性免疫 , 還可能是多功能的細胞效應分子 , 如調節組織型纖溶酶原激活物活性[ 17 ] 及調節平滑肌細胞的收縮。
7 陰離子肽類抗生素的活性
陰離子肽類抗生素抗菌機制尚未弄清 , 但推測 Zn2 +可能作為陽離子鹽橋 , 使小肽分子克服微生物表面的負電荷穿過細菌外膜 。 殺菌作用的關鍵可能在於陰離子小肽能與胞漿核心糖體結合 , 抑制核酶活性 , 降低胞內蛋白溶解性從而使蛋白質失活。
肽類抗生素可以有效地殺滅引起人類及動物寄生蟲病(如瘧疾 、利什曼病等 )的寄生蟲 。 研究發現 1 種合成的天蠶素 -蜂毒素雜合肽能有效殺傷利什曼原蟲( Leishmania ) ; dermaseptin 的 1 種衍生物能夠殺滅寄生於紅細胞內的惡性瘧原蟲。 目前認為 , 肽類抗生素可迅速降低原蟲細胞膜 H + /OH -的通透性 , 從而破壞膜電勢 、損壞質膜形態 , 殺滅原蟲 。
4 肽類抗生素對病毒的殺傷作用
肽類抗生素可從病毒的核酸複製到顆粒包裝的全過程進行干擾 , 作用機制有 3 種 : ①直接與病毒粒子相結合 , 如乳鐵蛋白經蛋白酶水解後釋放的活性短肽乳鐵多肽( lactofe rricin ) , 具有抗皰疹病毒( herpes simplex virus , HSV)活性以及抗阿昔洛韋( acyclovir)抗性病毒的活性, 其兩親性 β -摺疊結構在與病毒粒子結合的過程中發揮著關鍵作用 ; ②抑制病毒的繁殖 , 如蜂毒素和殺菌肽 A 對 HIV 的作用 ; ③模仿病毒的侵染過程 , 如蜂毒素可以偽裝成菸草花葉病毒包被蛋白質而參與病毒的合成 , 從而干擾病毒的組裝產生抗 病毒活性 。
5 肽類抗生素對腫瘤的殺傷作用
肽類抗生素通常可以選擇性地作用於癌變細胞 , 而對正常哺乳動物細胞無不良影響 , 這與癌細胞表面帶負電荷增加 、細胞骨架系統不發達有關 。 研究顯示 , 肽類抗生素不僅能夠直接作用於腫瘤細胞 , 在細胞膜上形成孔洞或促進癌變細胞向正常細胞逆轉 , 還能夠通過干擾腫瘤細胞 DNA 合成 、促進腫瘤細胞凋亡 、增強機體免疫功能等途徑抑殺癌變細胞。 更生黴素能選擇性與腫瘤細胞 DNA 結合形成複合
物 , 阻礙 RNA 多聚酶的功能 , 從而阻滯腫瘤細胞的分化與增殖 ; 蚯蚓肽可將腫瘤細胞阻滯在 G0 ～ G1 期 , 最終引起癌細胞凋亡而使其增殖受阻 ; 此外 , 觀察癌細胞的病理組織切片可以看到 , 與對照組相比 , 給予肽類抗生素後癌細胞周圍有明顯的炎細胞浸入 , 如淋巴細胞 、單核細胞和中性粒細胞 , 且正
常機體與癌細胞接觸區出現大量結締組織增生現象 , 有形成區域化結構抑制癌細胞擴散的趨勢 。
6 肽類抗生素對機體免疫反應的調節作用
肽類抗生素可調節微生物入侵時宿主的先天性防禦能力 , 如提高吞噬細胞的吞噬能力 、推動中性粒細胞的再循環 、加強前炎症因子的產量等 。 同時 , 肽類抗生素還是細胞介導的獲得性免疫的效應成分 , 充當單核細胞和 T 淋巴細胞的趨化因子 , 使它們能快速聚集在炎症反應部位 。 近期研究發現某些趨化因子也具有防禦素樣的抗菌活性 , 但二者的進化關係尚無定論 。此外 , 肽類抗生素還具有免疫增強活性 , 在趨化 T 細胞再循環 、未成熟 DC 及單核細胞到感染部位中起重要作用 。防禦素不僅能夠調理機體的天然免疫和獲得性免疫 , 還可能是多功能的細胞效應分子 , 如調節組織型纖溶酶原激活物活性[ 17 ] 及調節平滑肌細胞的收縮。
7 陰離子肽類抗生素的活性
陰離子肽類抗生素抗菌機制尚未弄清 , 但推測 Zn2 +可能作為陽離子鹽橋 , 使小肽分子克服微生物表面的負電荷穿過細菌外膜 。 殺菌作用的關鍵可能在於陰離子小肽能與胞漿核心糖體結合 , 抑制核酶活性 , 降低胞內蛋白溶解性從而使蛋白質失活。
肽類抗生素的套用研究
1 轉肽類抗生素基因動物的研究
轉肽類抗生素基因動物的建立不僅可用於肽類抗生素的大量生產以及體內活性的研究 , 還可以用來提高動物抗病菌能力以及構建新品種從而中斷疾病的傳播途徑 。 Yarus 等於 1996 年成功將牛氣管肽類抗生素( TAP )基因導入小鼠乳腺 , 並在乳汁中獲得了具有殺菌活性的 TAP 。 Reed 等將構建的小鼠 IL -2 與抗菌肽 Shiva -1a 的融合基因導入小鼠原核期受精卵 , 結果發現轉基因小鼠對布魯氏桿菌的抵抗能力顯著增加 。Kokoza 等將埃及伊蚊卵黃生成素( vitellogenin , Vg)與防禦素 A 基因連線組成的 Vg -Def A 融合基因轉入伊蚊基因組中 ,穩定表達的肽類抗生素可有效控制病原菌在蚊體內繁殖 , 阻斷蚊蟲介導的病原菌傳播 。
2 肽類抗生素在中藥生物工程中的套用
將肽類抗生素的基因轉入植物以提高植物抗細菌 、抗真菌及抗病毒的能力已成為植物基因工程的研究熱點 , 有關中藥植株培養抗病新品種的研究已有報導 。 張家明等將天蠶素 BD 基因克隆到雙元表達載體 pBin19 上 , 通過農桿菌介導轉化廣藿香 , 獲得的轉基因植株具有較強的抗病性 。 此外 ,將外源肽類抗生素基因轉入中藥植株中還可賦予其新的活性成分 、增強中藥的抗炎活性 、提高療效 , 在中藥新品種的開發上具有誘人前景。
3 肽類抗生素彼此之間聯合套用及其與傳統抗生素的聯合套用
肽類抗生素之間以及與其它抗生素之間很少產生拮抗作用 , 相反二者的協同作用比比皆是 。 如 P18 與萬古黴素聯用後可對耐萬古黴素屎腸球菌( VREF)產生協同抗菌作用 。脂肽類抗生素卡泊芬淨可增加細胞的通透性 , 有利於兩性黴素 B 和唑類穿過細胞壁作用於細胞膜 , Arikan 等證實卡泊芬淨和兩性黴素 B 聯用對麴黴菌(Aspergillus)與梭黴菌( Fusarium)感染有疊加或協同的治療作用 。 達托黴素( Daptomycin)
可降低氨基糖苷類抗生素的腎毒性, 與利福平或氨苄西林聯用後可顯著降低後者的最小抑菌濃度 。 乳鐵多肽與阿昔洛韋聯用可產生協同抗病毒作用。
轉肽類抗生素基因動物的建立不僅可用於肽類抗生素的大量生產以及體內活性的研究 , 還可以用來提高動物抗病菌能力以及構建新品種從而中斷疾病的傳播途徑 。 Yarus 等於 1996 年成功將牛氣管肽類抗生素( TAP )基因導入小鼠乳腺 , 並在乳汁中獲得了具有殺菌活性的 TAP 。 Reed 等將構建的小鼠 IL -2 與抗菌肽 Shiva -1a 的融合基因導入小鼠原核期受精卵 , 結果發現轉基因小鼠對布魯氏桿菌的抵抗能力顯著增加 。Kokoza 等將埃及伊蚊卵黃生成素( vitellogenin , Vg)與防禦素 A 基因連線組成的 Vg -Def A 融合基因轉入伊蚊基因組中 ,穩定表達的肽類抗生素可有效控制病原菌在蚊體內繁殖 , 阻斷蚊蟲介導的病原菌傳播 。
2 肽類抗生素在中藥生物工程中的套用
將肽類抗生素的基因轉入植物以提高植物抗細菌 、抗真菌及抗病毒的能力已成為植物基因工程的研究熱點 , 有關中藥植株培養抗病新品種的研究已有報導 。 張家明等將天蠶素 BD 基因克隆到雙元表達載體 pBin19 上 , 通過農桿菌介導轉化廣藿香 , 獲得的轉基因植株具有較強的抗病性 。 此外 ,將外源肽類抗生素基因轉入中藥植株中還可賦予其新的活性成分 、增強中藥的抗炎活性 、提高療效 , 在中藥新品種的開發上具有誘人前景。
3 肽類抗生素彼此之間聯合套用及其與傳統抗生素的聯合套用
肽類抗生素之間以及與其它抗生素之間很少產生拮抗作用 , 相反二者的協同作用比比皆是 。 如 P18 與萬古黴素聯用後可對耐萬古黴素屎腸球菌( VREF)產生協同抗菌作用 。脂肽類抗生素卡泊芬淨可增加細胞的通透性 , 有利於兩性黴素 B 和唑類穿過細胞壁作用於細胞膜 , Arikan 等證實卡泊芬淨和兩性黴素 B 聯用對麴黴菌(Aspergillus)與梭黴菌( Fusarium)感染有疊加或協同的治療作用 。 達托黴素( Daptomycin)
可降低氨基糖苷類抗生素的腎毒性, 與利福平或氨苄西林聯用後可顯著降低後者的最小抑菌濃度 。 乳鐵多肽與阿昔洛韋聯用可產生協同抗病毒作用。
肽類抗生素藥物及其開發現狀
1 臨床套用的肽類抗生素藥物 萬古黴素和替考拉寧是目前臨床僅有的 2 種糖肽類抗生素 , 可有效治療臨床多重耐藥革蘭陽性菌引起的感染 ; 卡泊芬淨於 2001 年 2 月首先在美國上 市 , 是 第 1 個 在 全 世 界 范 圍 使 用 的 棘 球 白 素( echinocandin )類抗真菌藥 ; 達托黴素是具有獨特環狀結構的脂肽類抗生素 , 於 2003 年獲準用於治療由革蘭陽性病菌引起的皮膚及皮膚組織感染 ; 融合抑制劑 Enfuvirtide 於 2003 年上市用於對抗 HIV 。
2 處於臨床試驗階段及新發現的肽類抗生素 加拿大Micrologix Biotech 公司開發的 2 種肽類抗生素 MBI -594AN 和MBI -226 , 用於治療導管相關性感染和嚴重痤瘡 , 已分別進入Ⅱ期和 Ⅲ期臨床研究。 組蛋白衍生物 P -113 是唾液中天然肽類抗生素組蛋白的結構類似物, 具有較強的抗白色念珠菌 、革蘭陽性和革蘭陰性菌作用 , 其用於治療愛滋病患者口腔白色念珠菌感染的 Ⅰ / Ⅱ 期臨床試驗已經完成 。Neuprex ( rBPI21 )為殺菌/ 通透性增加蛋白( BPI)氨基端重組片斷 , 具有中和內毒素 、抗腦膜炎 奈瑟球菌(Neisseria gonorrhoeae)的潛能 。Gordon 等對 rBPI21 減輕小兒胸外科手術後感染併發症的研究已進入 Ⅰ/ Ⅱ 期臨床試驗 。 Oritavancin 為半合成糖肽類抗生素 , Ⅲ期臨床試驗結果顯示 Oritavancin 能有效治療並發性皮膚和皮膚組織感染[ 24 ] , 其作用機制與萬古黴素相似 , 並可能具有減少 RNA 合成的作用 , 是對耐萬古霉
素腸球菌 ( VRE )作用最強的藥物之一 。 Gordon 等[ 25 ] 研究發現人眼球表面上皮分泌的 LL -37 ( cathelicidin )具有抗銅綠假單胞菌等微生物的活性 。
2 處於臨床試驗階段及新發現的肽類抗生素 加拿大Micrologix Biotech 公司開發的 2 種肽類抗生素 MBI -594AN 和MBI -226 , 用於治療導管相關性感染和嚴重痤瘡 , 已分別進入Ⅱ期和 Ⅲ期臨床研究。 組蛋白衍生物 P -113 是唾液中天然肽類抗生素組蛋白的結構類似物, 具有較強的抗白色念珠菌 、革蘭陽性和革蘭陰性菌作用 , 其用於治療愛滋病患者口腔白色念珠菌感染的 Ⅰ / Ⅱ 期臨床試驗已經完成 。Neuprex ( rBPI21 )為殺菌/ 通透性增加蛋白( BPI)氨基端重組片斷 , 具有中和內毒素 、抗腦膜炎 奈瑟球菌(Neisseria gonorrhoeae)的潛能 。Gordon 等對 rBPI21 減輕小兒胸外科手術後感染併發症的研究已進入 Ⅰ/ Ⅱ 期臨床試驗 。 Oritavancin 為半合成糖肽類抗生素 , Ⅲ期臨床試驗結果顯示 Oritavancin 能有效治療並發性皮膚和皮膚組織感染[ 24 ] , 其作用機制與萬古黴素相似 , 並可能具有減少 RNA 合成的作用 , 是對耐萬古霉
素腸球菌 ( VRE )作用最強的藥物之一 。 Gordon 等[ 25 ] 研究發現人眼球表面上皮分泌的 LL -37 ( cathelicidin )具有抗銅綠假單胞菌等微生物的活性 。
