抗微生物肽AntimicrobialpeptidesAMPs课件

王贵强北京大学第一医院抗微生物肽研究进展

Antimicrobialpeptides1王贵强抗微生物肽研究进展

AntimicrobialpepLeadingcausesofdeath(WHO1998)HeartdiseaseCerebrovasculardiseaseAcutelowerrespiratorydiseaseHIV/AIDSChronicobstructivepulmonarydiseaseDiarrhealdiseasePerinatalConditionsTuberculosis2Leadingcausesofdeath(WHO19Leadingcausesofmortality-WHO20003Leadingcausesofmortality-WHLeadingcausesofmortality-WHO20004Leadingcausesofmortality-WH病原微生物与疾病各种感染性疾病（包括传染病）肿瘤溃疡病自身免疫性疾病代谢性疾病？抗病原微生物治疗的重要性5病原微生物与疾病各种感染性疾病（包括传染病）抗病原微生物治疗抗生素时代（1941年～2000年）1941年：青霉素1944年：氨基糖甙类抗生素1947年：氯霉素1950年：青霉素对金葡菌100％有效1985年：青霉素对金葡菌仅5％有效1992年：40％金葡菌耐甲氧西林青霉素，仅对万古霉素敏感1997年：对万古霉素耐药的金葡菌报告6抗生素时代（1941年～2000年）1941年：青霉素6抗生素耐药的发生自然选择机制非人类抗生素使用（50%）动物、农业、水产业和植物抗生素滥用或使用不规范过分应用，针对性差剂量、疗程不足（医生和病人因素）药品质量不合格或假药7抗生素耐药的发生自然选择机制7目前细菌耐药所带来的问题细菌感染并发症增加，病死率增加病程延长慢性化趋势传染病的传播院内感染发生，增加原发病死亡医疗费用大幅度增加8目前细菌耐药所带来的问题细菌感染并发症增加，病死率增加8后抗生素时代

post-antibioticseraTheeraofthe″classicalantibiotic″maybeover短的繁殖周期和细菌遗传可塑性使细菌的耐药能力快速发生细菌耐药性变异使目前的抗生素治疗无效9后抗生素时代

post-antibioticseraThe开发新的抗微生物药物的迫切性新药开发的速度有限近30年内，针对病原菌的抗生素的开发没有突破性的进展10开发新的抗微生物药物的迫切性10人类、动物和植物等生命体何以能够抵抗病原微生物的攻击？11人类、动物和植物等生命体何以能够抵抗病原微生物的攻击？11抗微生物肽

Antimicrobialpeptides(AMPs)古老而广泛存在的一种天然防御机制在细菌、原生动物、植物、以及动物从昆虫到鱼类、两栖动物和哺乳动物等1975年瑞典学者Boman等首先在天蚕蛹体内诱导出具有抗菌活性的小分子多肽-天蚕素(Cecropins)陆续发现如蛙皮素（Magainins)、蜂毒素（Protegrins)和防御素(Defensins)等近20年，已经发现了约800种AMPs12抗微生物肽

Antimicrobialpeptides(0200400600800199319982003

PubMedsearch:AntimicrobialPeptides截止到2003年10月6日共3699篇Publicationsperyearratio抗微生物肽130200400600800199319982003PubMAMPs特性15~45个氨基酸，一般不超过60分子量为４～６kD表面为阳离子电荷疏水性或两性分子对热稳定，100

C10~15分钟作用于细菌细胞壁有明确的基因编码和调控14AMPs特性15~45个氨基酸，一般不超过6014AMPs分类-根据化学结构线性的螺旋结构，无半胱氨酸线性的螺旋结构，无半胱氨酸，但富含某种氨基酸残基如脯氨酸和／精氨酸等

有一个二硫键，其位置常在C末端

β片层结构，分子内有2～3个二硫键，具有β折叠结构

多肽衍生而来

PRO3’-UTR5’-UTRPREMaturePeptide15AMPs分类-根据化学结构线性的螺旋结构，无半胱氨酸PRO3AMPs分类-根据来源哺乳动物：嗜中性粒细胞、粘膜和皮肤等防御素（Defensin）：和两栖动物：蛙类（Magainins,Dermaseptins）昆虫：天蚕素（Cecropin）植物：抗真菌细菌：病毒：HIVp21人工合成：利用计算机辅助设计16AMPs分类-根据来源哺乳动物：嗜中性粒细胞、粘膜和皮肤等1

A1L2W3K4T5L6L7K8K9V10L11K12A13Familyname:

DERMASEPTINProperties:

Linearpeptidesof 28-34aa(natives)Structure: Amphipathicalpha-helixPyllomeduzabicolordermaseptin17A1L2W3K4T5L6L7K8K9V10L11K12A13Leishmaniamajor电镜下细菌破坏图

after1minexposuretodermaseptin18Leishmaniamajor电镜下细菌破坏图

afterSMAP-2937°C30min19SMAP-2937°C19AMPs作用机制作用于微生物细胞膜/壁20AMPs作用机制作用于微生物细胞膜/壁20抗生素作用机制作用于细菌细胞壁作用于核糖体作用于质膜完整性作用于核酸作用于叶酸21抗生素作用机制作用于细菌细胞壁21抗生素作用机制模式图RNA多聚酶细胞壁合成30S抑制剂50S抑制剂DNA螺旋酶叶酸代谢影响细胞质膜结构蛋白质合成RNA延伸22抗生素作用机制模式图RNA多聚酶细胞壁合成30S抑制剂50S

Nature(2001)412,389-495抗微生物肽对生物膜作用的特异性23Nature(2001)412,389-Biopolymers47,451-463(1998)Biopolymers47,451-463(1998)AMP杀菌机理图24Biopolymers47,451-463(1998)抗微生物肽机制模式图25抗微生物肽机制模式图25临床应用已经有许多临床应用的资料以局部应用为主抗肿瘤抗病毒26临床应用已经有许多临床应用的资料26

X-DD(20µM)10aa,a-helixPre-clinicalComparingbactericidalkinetics(S.aureus)and

Lysisofhumanerythrocytes27X-DD(20µM)ComparingbactePeptideswerepre-incubatedinhumanplasma(50%,37˚C)thenaddedtobacterialcultures(S.aureus,37˚C,overnight).t1/2(DD)

~0.5Hr;

t1/2(X-DD)

~3Hrs

DD(MICs)X-DD(MICs)IncreasedStabilityofDermaseptinDerivatives(DD)inPlasma.28DD(MICs)X-DD(MICs)IncreasedSurvivalControl4/16Treated(5mg/Kg)13/1629SurvivalControl4/16Treated13/1MultipleexposureofP.aeruginosatoclassicalantibioticsresultsinemergenceofresistantstrains3030抗菌应用-局部治疗细菌素-III期临床胃溃疡食物防腐剂广泛应用马盖宁MSI78-III期临床治疗糖尿病合并的足部溃疡：926例IB2367-III期临床肿瘤病人口腔溃疡31抗菌应用-局部治疗细菌素-III期临床31抗菌应用-系统治疗人工合成肽CAP218绿脓杆菌引起的腹部感染Protegrin耐药性金葡菌、肠球菌和绿脓杆菌等Indolicidin曲霉菌BPI-III期临床杀菌、抗内毒素，降低儿童流脑的病死率32抗菌应用-系统治疗人工合成肽CAP21832对抗细菌感染导致的毒素效应半乳糖胺敏感的小鼠发生内毒素休克BPI对抗内毒素33对抗细菌感染导致的毒素效应半乳糖胺敏感的小鼠发生内毒素休克3抗甲氧西林耐药金葡作用34抗甲氧西林耐药金葡作用34抗真菌作用多粘菌素B万古霉素抗菌肽35抗真菌作用多粘菌素B万古霉素抗菌肽35AMPs的应用前景治疗各种病原微生物感染抗内毒素食物等防腐剂医疗耗材的内衬（如各种导管）影像学介入治疗器械抗肿瘤免疫调节作用农业应用36AMPs的应用前景治疗各种病原微生物感染36在动植物转基因工程中的应用Jaynes等将Shiva-1基因转入烟草和马铃薯应用腺病毒载体，将人LL-37基因导入鼠体内，鼠对内毒素和大肠杆菌抵抗力显著提高。Durvasula将天蚕素A导入长红猎蝽后，发现此昆虫体内锥虫数量明显减少或消失。37在动植物转基因工程中的应用Jaynes等将Shiva-1基因BactericidalkineticsofE.coli0157inapplejuiceTemperature:Salt:pH:食品应用38食品应用38+/-DDorantibioticGraftremovedafter7days+/-antibioticBacteria(2x107)CFUcountsDacronDacronRatgraftmodel:39+/-DDGraftremovedafter7da

Dacrontubessoakedinasolution(10mg/L),implanted(s.c.)andinoculated(107CFU)to15rats/group.=>Rifampinwasinjectedi.p.tosomegraftedrats.

StarindicateszeroCFUsInductionofgraft-associatedinfection

40StarindicateszeroCFUsInduct抗肿瘤、抗病毒应用马盖宁公司：对病毒（HSV-1)和肿瘤都具杀伤效应的小肽-MAI-78。已进入III期临床Wachinger发现天蚕素和蜂毒素在亚致死浓度下可以抑制HI