（昆明医科大学第一附属医院 泌尿外科，云南 昆明 650032）

感染性疾病造成了巨大的医疗负担，严重威胁人类生命健康。抗生素的发现是人类抗击感染最重要的武器，然而，由于抗生素的滥用，导致病原微生物的耐药性不断增强，甚至出现了多重耐药细菌。除了威胁不减的细菌以外，各种真菌、病毒等所致的感染也带来了巨大灾难。面对如此严峻的形势，除了合理规范地应用抗感染药物，在传统药物基础上改良或者研究新兴抗感染分子也是一个重要的方向，如以多粘菌素为代表的抗微生物肽。

1 抗微生物肽简介

抗微生物肽也称抗菌肽或者宿主防御性多肽，是一种阳离子多肽，广泛存在于自然界几乎所有生物中，作为天然免疫中一种抵御有害微生物入侵的分子，对细菌、真菌、寄生虫或病毒等都有生物学活性。截至目前，已鉴定出超过300种抗微生物肽，一般由10～50个氨基酸残基构成，包括α-螺旋、β-片层、环状及延伸等结构。除了对多种病原微生物的活性，抗微生物肽还具有募集免疫细胞，促进细胞增殖及伤口愈合，调节基因表达等免疫调节的功能，作为新型药物候选分子，已经成为了针对感染性疾病治疗的研究热点。

2 抗微生物肽的抗菌作用

2.1 作用机制

大多数抗微生物肽抗菌活性机制主要是膜攻击，由于其本身带正电荷，具有亲水、疏水两亲性结构，保证了多肽能够特异性迁移结合靶标并聚集。细菌细胞壁由于含有脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）、磷壁酸等结构，往往带负电荷，促进与抗微生物肽的相互作用。在穿过细胞壁与细胞膜接触后，低浓度条件下，抗微生物肽结合到膜表面平行成层状，随着浓度不断升高，与脂质成一定比例时，则改变方向，与细胞膜垂直并插入其中。不同特性的肽形成不同结构机制的孔道，经典的模型包括桶板模型、地毯模型和环形孔道模型。孔道形成破坏了细胞膜，细胞内容物渗漏，跨膜电势及酸碱失衡，渗透调节及呼吸抑制，最终造成细胞溶解。除了膜攻击外，一些抗微生物肽能够抑制细菌核酸及蛋白质合成，干扰DNA修复，通过募集如磷脂酰甘油和双磷脂酰甘油等阴离子脂质，干扰细胞信号转导及膜蛋白功能，重排细胞膜脂质从而抑制细菌生长。

2.2 细菌来源的抗微生物肽

来源于多粘杆菌的多粘菌素家族包括多粘菌素B、多粘菌素E等，虽然相关肾毒性限制了其应用，但是由于对多重耐药细菌有良好效果，近年来又开始受到重视[1]。尼生素又称乳酸链球菌肽，最早从乳酸链球菌中获得，对多种致病菌及腐败菌具有抑制作用，也是唯一获得批准广泛用作食品添加剂的活性肽，其直接杀伤多种细菌的作用也使其在生物医药领域被进一步研究[2]。

2.3 植物来源的抗微生物肽

硫堇蛋白是第一个从小麦胚乳中分离出来的植物抗微生物肽，此后从不同的植物体内发现了多种硫堇蛋白类物质，能够对抗多种细菌、真菌。脂质转移蛋白也是植物来源的重要的抗微生物肽，具有抗细菌及促进细胞内脂质转运的作用[3]。环肽类具有抗菌、杀虫等活性，同时也具有溶血及细胞毒性，闭合的半胱氨酸结构被认为对化学物质、温度及酶类降解具有耐受性，可用于蛋白质工程及药物设计[4]。

2.4 非哺乳动物来源的抗微生物肽

抗微生物肽对于没有复杂免疫系统的低等动物有着重要的作用。来源于鲎类的不同亚型的鲎肽素，对细菌有一定活性[5]。欧洲蜜蜂毒液中分离出的蜂毒肽除了对革兰阴性细菌有较强活性外，还有致痛等生物学功能[6]。鱼类来源的抗微生物肽可以分为抗菌肽、防御素、铁调素和鱼腥草素Piscidins等，作为抵御外界侵袭的重要物质，能够杀灭多种耐药病原微生物[7]。两栖类动物生存环境复杂，皮肤是抵御感染的第一道屏障，分泌物中各类抗微生物肽是其天然免疫中的重要组成部分。从铃蟾中鉴定出的Bombinins和Bombinins H两大家族对细菌有很强的对抗作用[8]。从眼镜王蛇中分离出来的抗菌肽OH-CATH30对包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的多种细菌有抑制作用，同时在动物身上也有对抗感染的作用[9]。

2.5 哺乳动物来源的抗微生物肽

哺乳动物来源的抗微生物肽主要分为抗菌肽和防御素两个家族。抗菌肽是一类α-螺旋结构的阳离子两亲性抗微生物肽，在人类及其他哺乳动物体内均有表达，有广泛的抗菌活性。人源性阳离子抗菌蛋白-18是人体唯一表达的抗菌肽，除了能通过形成孔道破坏细胞膜抗菌外，还有趋化作用能够富集白细胞促进细胞因子分泌，此外，人源性阳离子抗菌蛋白-18还能使大肠埃希菌氧化障碍，给此类抗微生物肽抗菌机制的研究提供了新的方向。防御素主要分为α-防御素、β-防御素和θ-防御素亚家族。人中性粒细胞肽-44、人防御素-5、人防御素-6及人中性粒细胞肽-1具有广泛抗菌活性，通过二聚体寡聚化形成跨膜孔道最终造成细胞内容物的渗漏[10]。人防御素-5能够对抗对小肠黏膜有很高毒性的艰难梭菌，人防御素-6则对肠道共生厌氧菌有明显活性[11-12]。β-防御素能通过呼吸道、胃肠道及泌尿生殖道的非颗粒黏膜上皮细胞分泌，是哺乳动物天然免疫中的重要分子，有较强的抑制菌活性[13]。θ-防御素是第一个在动物身上发现的环状抗微生物肽，其环状结构与抗菌活性有密切关系[14]。

3 抗微生物肽的抗结核作用

人类的结核疾病是由各型结核杆菌造成的特异性感染，尽管有成熟的治疗药物和方案，但结核病发病率仍居高不下，而且耐药结核杆菌也在不断增多。由于现有抗结核药物治疗周期较长，治疗的不规范甚至过度治疗，无形中也使耐药性问题更加凸显。目前，对异烟肼、利福平甚至二线抗结核药物阿米卡星等耐药的超广谱耐药结核杆菌已经出现。结核杆菌能够侵袭并定植于宿主巨噬细胞，通过逃避宿主免疫，造成潜伏感染，当机体免疫力下降时可以再次致病。因此，具有杀菌、免疫调节等多种功能的抗微生物肽，已成为了治疗结核疾病的一个新的研究方向。

3.1 抗微生物肽次的抗结核机制

结核杆菌细胞壁结构复杂，由肽聚糖、阿拉伯半乳聚糖及分枝菌酸形成复合物，再与其他蛋白及多糖聚合，组成了对抗菌药物良好的屏障。与传统药物不同，抗微生物肽对结核杆菌具有强大的膜攻击能力，也能与细胞壁表面蛋白相互作用干扰离子交换，打破细胞内酸碱平衡稳态，增加细胞膜通透性，直接抑制结核杆菌生长或者作为增强其他抗菌药物作用的佐剂。抗微生物肽还能通过作用于核酸及蛋白酶等细胞内靶点，影响蛋白质合成和折叠，干扰细胞分化等，作为主要或辅助的杀伤机制。另外，免疫治疗也是抗结核治疗中的重要部分，因此抗微生物肽的相关免疫作用及机制，应该引起足够的重视。

3.2 抗结核的抗微生物肽

抗菌肽家族的人源性阳离子抗菌蛋白-18已被证明具有稳定的抗结核作用，可以帮助杀灭巨噬细胞内结核杆菌，抑制其在胞内的生长，在保持其抗菌活性的同时，还能调控感染结核杆菌的巨噬细胞产生肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-10等促炎及抗炎因子。主要由肝细胞合成的铁调素与感染和铁代谢有关，能在感染结核杆菌的巨噬细胞中表达和定植，能直接抑制细菌的活性[15]。同样与铁代谢相关的乳铁蛋白能明显减轻结核杆菌感染小鼠所造成的肉芽肿性病变[16]。S100A能够明显杀灭结核杆菌，在感染结核杆菌的巨噬细胞中高表达，提示其是巨噬细胞对结核杆菌感染免疫应答网络中的一部分[17]。

此外，一些在原有基础上人工合成或者经过改造的抗微生物肽也体现出了优良的抗结核活性，如经过改造的人源性阳离子抗菌蛋白-18类似物LLAP能够显著抑制结核杆菌细胞膜上的三磷酸腺苷酶，从而抑制细菌[18]。疏水基团α-螺旋阳离子多肽M2M能够对抗耐药的结核杆菌，与利福平联用也有很好的协同作用[19]。全新合成的富含α，以及α和γ混合结构的穿膜肽γTatM4能够对抗激活或休眠状态的结核杆菌，包括对异烟肼及利福平耐药的菌株[20]。目前，大部分抗微生物肽对结核杆菌研究还局限于基础研究，最多只涉及一些简单的动物模型。

4 抗微生物肽的抗病毒作用

埃博拉病毒、非典型肺炎及寨卡病毒等病毒感染造成了一系列公众健康紧急事件，再加上已经危害人类已久的肝炎病毒、人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus, HIV）及各种呼吸道病毒等，可以说病毒感染性疾病给人类带来了巨大威胁。由于针对病毒的相关疫苗及药物研发周期长，且病毒变异迅速，所以具有抗病毒等多种活性的抗微生物肽也成为了研究的热点。

4.1 抗微生物肽的抗病毒机制

抗微生物肽能够直接破坏病毒包膜或者衣壳，通过与细胞膜或者融合蛋白作用，影响病毒和宿主细胞膜融合，能与Glycoprotein 120等衣壳糖蛋白作用，抑制病毒的黏附和入侵。一些抗微生物肽能使脱细胞的病毒颗粒失活，还能与病毒核酸等靶标作用阻止病毒复制，此外，对调节免疫细胞的反应和各类细胞因子也有重要作用。

4.2 抗病毒的抗微生物肽

来源于两栖类抗微生物肽的HS-1能破坏病毒衣壳从而对抗登革热病毒[21]。人纤维胶凝蛋白等一些呼吸道可溶性多肽，能够影响甲型流感病毒在巨噬细胞中复制，还能调节病毒诱导的细胞因子释放[22]。FluPep家族的多肽能与H1N1、H3N2等各种亚型的甲型流感病毒的血细胞凝集素作用或者干扰病毒与细胞膜结合[23]。3种不同结构的防御素，包括HNP-1、人β防御素-2和恒河猴θ防御素-1能通过抑制病毒入胞，干扰其复制等不同机制对抗HIV-1，其中HNP-1能在衣壳结合CD4细胞及共同受体，改变衣壳结构等多位点干扰病毒的入胞和融合[24]。Caerin 1家族多肽能通破坏病毒衣壳，从而对抗疱疹病毒[25]。病毒的种类繁多，各自的活性和特点也不尽相同，因此针对不同病毒的抗微生物肽无论是来源还是作用机制也具有多样性。

5 抗微生物肽的其他作用

细菌生物膜是黏附在生物及非生物表面的微生物群落及其细胞外基质，是微生物抵御外界环境并造成难治性和反复性感染的重要原因。细菌生物膜能通过基质屏障、降低代谢和信号传递等机制，耐药性相比浮游细菌大大增强。抗微生物肽作为一种新型抗感染分子，也在很多基础研究中体现出了抗细菌生物膜前景[26]。Medusin-PT除了有明显抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的作用，也体现出抑制并清除Biofim的活性[27]。与临床常见的抗生素相比，多粘菌素、人源性阳离子抗菌蛋白-18及合成的抗微生物肽WLBU2均体现出更好的抗细菌生物膜作用[28]。抗微生物肽具有良好的穿透性及高效的抗菌作用，甚至能清除细菌生物膜，但具体的机制还有待进一步深入研究。

LPS又称内毒素，是革兰阴性细菌细胞壁的主要组成部分，在被机体免疫的病原相关分子模式受体高效识别后引起一系列炎症反应，是包括脓毒血症在内的严重感染性疾病的关键诱因之一。嗜酸性细胞阳离子蛋白对LPS有很高的亲和力，能抑制LPS刺激后免疫细胞肿瘤坏死因子的释放[29]。一组富含色氨酸的合成抗微生物肽能够通过静电结合并且解离LPS，从而更好地作用在细菌质膜[30]。抗菌肽KLK能特异性结合LPS，并抑制LPS对免疫细胞刺激后一氧化氮及细胞因子的释放[31]。许多抗微生物肽具有中和内毒素的作用，虽然具体机制还不太清楚，但是相关的研究还是值得关注的。

无论细菌本身，还是低等动物或者哺乳动物包括人类，抗微生物肽都是抵御外界病原微生物的有力武器，除了本身的杀伤作用，免疫调节也发挥了重要功能。不同类型的抗微生物肽所承担的免疫调节功能并不相同，主要包括能够直接或间接促进如T细胞、单核细胞及嗜酸性细胞等免疫细胞在感染部位的聚集，可以增加免疫细胞的趋化性，能够诱导和调控各种促炎及抗炎细胞因子的释放等。

6 抗微生物肽的应用与展望

抗微生物肽来源广泛，对各种病原微生物都显示出优良的活性，有广泛的免疫调节功能，有赖于生物工程技术的发展，人工合成并改造抗微生物肽的能力也大大提高，在保留、增强相关活性的同时，也使得其本身的毒性和副反应降低，抗微生物肽作为人类对抗感染性疾病的新型药物，具有较高的研究前景和价值。但是，抗微生物肽从基础研究走向真正的临床应用，还有很长的时间。由于蛋白结构与功能关系密切，所以抗微生物肽的作用机制复杂，研发时间较长，成本较高。其次，宿主的免疫系统是一个复杂的网络，基础研究中的生物学活性并不能代表其在人体内的真实情况。此外，抗微生物肽半衰期较短，具有免疫原性和毒性，蛋白水解等造成的生物利用率下降等问题还需要大量的研究来解决。人类与感染性疾病的斗争从来没有停歇过，相信通过进一步深入系统的研究，在不久的将来抗微生物肽将能真正造福于人类。