肽抗生素及其作用机制

肽抗生素及其作用机制肽抗生素是生物界中广泛存在的一类具有一定生物活性的肽，一般具有抗细菌或真菌的作用，有些还具有抗原虫、病毒或癌细胞的功能。属于此类的抗生素有粘菌素、多粘菌素B、杆菌肽、维吉尼亚霉素、持久霉素、硫肽霉素、蜜柑霉素及阿伏霉素等。多数肽抗生素对革兰氏阳性菌有较强的杀菌作用，个别则对革兰氏阴性菌和绿脓杆菌有作用。其作用机制包括干扰细菌细胞膜或蛋白质合成功能。其结构复杂，作用机制缺乏特异性，故细菌难以产生耐药性，且与其他类抗生素不易产生交叉耐药性。在正常使用量下不必考虑在畜禽产品中的残留问题，这一优点扩大了它们的使用范围，是一类非常理想的饲料添加剂。1、肽抗生素的种类肽抗生素研究的真正兴起是从20世纪80年代。自1980年，Boman等从美国天蚕蛹中分离得到了具有抗菌活性的多肽-Cecropins后，人们相继从细菌、真菌，到两栖类、昆虫、高等植物、哺乳动物、直至人类体内发现了肽抗生素。1.1按照化学结构分类1.1.1具有螺旋结构的线性多肽该类肽抗生素一般含有37〜39个氨基酸残基，不含半胱氨酸，其N端具有强碱性，可形成近乎完美的双亲螺旋结构，而在C端可形成疏水螺旋，两者之间有甘氨酸和脯氨酸形成的铰链区，多数肽的C端被酰胺化，酰胺化对其抗菌活性具有重要作用°Cecropins是第一个被发现的动物肽抗生素，Magainins也是较早被发现的一类具有双亲螺旋结构的肽抗生素。最初是从赡蜍的皮肤中分离得到的，后来在哺乳动物的神经组织和肠组织中发现了其类似物。Magainins对革兰氏阴性菌、阳性菌、真菌、原生动物都有杀伤作用，但是对革兰氏阴性菌的活性比Cecropins要低10倍左右。此外，从一些动物的再生性器官和两栖动物的多种组织器官中分离得到了一些具有螺旋结构的多肽，如来源于南美蛙的Demaseptin和来源于树蛙的Dombininho1.1.2富含某种氨基酸的线性多肽如Apidaecins是从蜜蜂中分离得到的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%；Drosocin是来源于果蝇的一种富含脯氨酸的多肽抗生素，在结构上与Apidaecins具有一定的相似性，但是在其11位的苏氨酸羟基上连接着一个O—二糖链（一N一乙酰半乳糖胺一半乳糖）oCo1eoptericin和Hemiptericin分别来源于鳞翅目和半翅目昆虫，一级结构中富含甘氨酸，分子量一般较大。lndolicidin是来源于牛中性粒细胞的多肽抗生素，因其13个氨基酸中含有5个色氨酸，其C端是酰胺化的，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都具有很强的杀菌活性。1.1.3含有一个二硫链的多肽这类肽抗生素数量很少，第1个被发现的是Bactenecin，来源于牛中性粒细胞。其12个氨基酸中含有4个精氨酸，在其第2位和第11位氨基酸残基间形成二硫键。Bactenecin对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有活性。这类多肽中还包括一些来源于蛙类皮肤的多肽抗生素，一般在C端有一个由7个氨基酸组成的“loop”和一个长的N端“尾巴”，如Brevinin一1，Brevinin—2o1.1.4含有两个或两个以上二硫键的多肽这类多肽的典型代表是Defensins，最初发现的a—defensins来源于哺乳动物的组织中，一般含有29〜34个氨基酸残基，其中6个稳定的半胱氨酸形成3个分子内二硫键。此外，其第6位和第15位的精氨酸，第24位的甘氨酸也是稳定的°Thionins是一类来源于植物的多肽抗生素，含有45〜47个氨基酸残基，有6个或8个半胱氨酸形成的3个或4个二硫键。Thionins抑制多种植物致病细菌和真菌，但是对假单孢菌属和欧文氏菌属的细菌不起作用。1.1.5羊毛硫抗生素羊毛硫抗生素(Lantiblotics)是由细菌产生的，其中研究最多的是来源于乳酸菌的多肽抗生素nisin，主要对革兰阳性菌起作用，而对革兰阴性菌不起作用。1.2按功能分类大致可以将肽抗生素分为：生理活性肽(包括抗菌肽及抗病毒肽、神经活性肽、激素调节肽、免疫活性肽等)、呈味肽、抗氧化肽、营养肽1.等。1.3按作用机理分类肽抗生素又可分为裂解细胞膜的裂解多肽和非裂解肽。但由于一些多肽同时具有多种生理活性，实际上不容易分清。多肽抗生素已经开始用于饲料、医药、食品和植物抗病基因工程等方面，有着很大的发展潜力。2肽抗生素的作用机制2.1抗菌活性大多数肽抗生素都具有抗细菌的作用。乳链菌素是由乳酸球菌产生的多肽，它是酸性分子，有很强的抗腐败菌的活性，而且具有抑制梭菌和杆菌形成芽胞的能力。从乳铁蛋白中获得的抗菌肽是一种可以结合铁的糖蛋白，具有抗细菌作用。目前认为Cecropin、Smagainins、Defensins等许多可形成双亲螺旋结构的多肽抗生素是通过作用于细菌的细胞膜，在膜上形成离子通道，引起胞内物质的外排而杀死细菌的。目前应用最多的一种多肽类抗生素一杆菌肽(Bacitrcin)的抗菌谱与青霉素G相似，主要对革兰氏阳性菌(包括需氧菌或厌氧菌、有芽胞形成或无芽胞形成菌)有抗菌作用。此外，对少数阴性菌、螺旋体和放线菌以至对耐青霉素的葡萄球菌也有效，且与其它抗生素无交叉耐药性。许多肽抗生素除了具有抗细菌的活性外，还具有抗真菌的作用。持久霉素(Enramycin)主要对革兰氏阳性菌有效，对耐药性的葡萄球菌的其它菌株也有较强的抗菌作用，对革兰氏阴性菌无效，不会助长R因子的耐药性，且与人用抗生素无交叉耐药性。2.2免疫活性Samor。等发现，人乳和牛乳酪蛋白受胰蛋白酶作用后可释放免疫调节肽，这些肽以及人工合成的肽在体中有明显的促进人、绵羊吞噬细胞活性的作用，增强淋巴细胞转移与淋巴因子释放。Marugama等(1995)从牛酪蛋白酶解产物分离出凝血酶原肽(CEI)，为血管紧张素I转换酶(ACE)的抑制剂，ACE可激活血管紧张素II与舒缓激肽，后者影响免疫系统的调节。高萍等(2000)研究表明，注射一定剂量的猪胰多肽粗品,可提高仔猪免疫力。Hyown、Joren等从牛乳中分离出可抑制肿瘤生长的肽。他们通过在体外克隆与鼠胚胎成纤维细胞、鼠淋巴细胞、人胃癌细胞共同孵育发现，可以产生细胞毒性物质,抑制肿瘤细胞生长。2.3抗氧化作用存在于肌肉中的肌肽，可在体外抑制铁红蛋白、脂氧化酶和单态催化的脂质氧化作用；还可作为贮存熟肉的氧化型酸肽抑制剂。Boldyrew(1988)等报道，肌肽具有抗氧化作用，可以抑制铁、铜、肌红蛋白和脂肪氧化酶引起的氧化反应，而游离的丙氨酸和组氨酸却没有抗氧化作用°Decker等(1991)研究发现，肌肽可以抑制体内由铁、血红素蛋白、脂肪氧化酶和单质氧催化的氧化反应。某些肽和蛋白水解物是重金属清除作用的过氧化氢分解促进剂，从而降低氧化速率和减少脂肪过氧化氢含量。抗氧化肽天然防腐剂有可能成为动物饲料和人类食品市场中具有重大意义的开发产品。2.4结合矿物质由裂解酪蛋白获得的肽可结合和运输二价矿物质离子，如乳蛋白是矿质结合肽的主要来源。牛乳蛋白含有磷酸肽，其活性中心是磷酸化的丝氨酸和谷氨酸簇，酪蛋白磷酸肽呈中性和碱性时，通过磷酸丝氨酸与钙、锌、铁等离子结合，由小肠壁细胞吸收后再释放进入血液，从而避免了这些离子在小肠的中性和偏碱性环境中沉淀，促进了它们的吸收。张亚非等（1994）用断乳大鼠进行生长和代谢试验，研究酪蛋白磷酸肽对大鼠钙吸收和储留的影响。发现添加占饲料含量0.5%的酪蛋白磷酸肽使大鼠钙吸收率和钙储留率分别提高5.13%和6.08%。有人用含有酪蛋白磷酸肽的食物饲喂大鼠，结果发现其大腿骨骼中标记钙的量明显高于对照组。此后通过对大鼠、小鼠、鸡、猪的试验都证明酪蛋白磷酸肽具有促进钙、锌、铁吸收的功能。2.5杀虫、抗病毒的作用一些多肽抗生素可以有效地杀灭寄生于人类或动物的寄生虫。Shiva-I（一种cecropin的类似物）可以杀死疟原虫；一种ceropin/melittin的杂合肽可以杀伤莱什曼鞭毛虫。目前发现多肽抗生素可以3种不同的机制起到抗病毒的作用。第一种是通过多肽抗生素直接与病毒粒子相结合而发挥作用。如a-defensins，modelin-1等对疱疹病毒的作用，plyphemusins对HIV病毒的作用；第二种是抑制病毒的繁殖，如mellotin和cecropinA对HIV病毒的作用；第三种机制是通过模仿病毒的侵染过程而起作用，如melititn及其类似物K71的结构与烟草花叶病毒核衣壳与mRNA相互作用的区域具有相似性，通过干扰病毒的组装而对病毒产生作用。抗生素从化学结构上分为。一内酰胺类，氨基糖苷类，大环内酯类，四环素类，氯霉素类，利福霉素类以及其它类。头孢菌素类属于。一内酰胺类抗生素，头孢菌素类是一类广谱半合成抗生素，其母核为7-氨基头孢烷酸（7-ACA），由头孢菌素C裂解获得。与青霉素类抗生素化学结构相同之处是均有一个。_内酰胺环，不同的是另一个环不是噻唑环而为六元双氢噻嗪环。头孢菌素已发展有四代，比较每代的特点下：第一代头孢菌素：药物有头孢噻吩（cefalothinX头孢唑啉（cefazolinX头孢氨苄（cefalexin）等;该类头孢菌素对G+菌包括耐药金葡菌的抗菌作用强于第二至第四代；对G-菌作用弱，对铜绿假单胞菌、厌氧菌无效;对青霉素酶较稳定，但对各种b_内酰胺酶稳定性远比二至四代差；组织穿透力差，脑脊液浓度低；对肾脏有一定的毒性。主要用于耐药金葡菌及敏感菌所致的轻、中度感染，如呼吸道、尿路感染及皮肤、软组织感染等。第二代头孢菌素：药物有头孢呋辛(cefuroximeX头孢孟多(cefamandole)、头孢克洛(cefaclor)、头孢丙烯(cefprozil)等；前二者为注射制剂，后两者为口服制剂。对G+菌作用比第一代稍逊；对G-菌作用比第一代强；对铜绿假单胞菌无效，但头孢孟多对厌氧菌有效；对多种b_内酰胺酶比较稳定；肾脏毒性降低。主要用于敏感阳性和阴性菌，尤其是产酶耐药的阴性菌所致的呼吸道感染、胆道感染、骨关节感染及皮肤软组织感染、泌尿道感染、妇产科感染及耐青霉素淋球菌感染等。第三代头孢菌素：药物有头孢噻肟(cefotaximeX头孢曲松(ceftriaxoneX头孢他定(ceftazidimeX头孢哌酮(cefoperazone)等对G+菌抗菌作用不及1~2代；对G-菌抗菌作用明显超过1〜2代，包括肠杆菌科、铜绿假单胞菌及厌氧菌均有较强作用；对多种b_内酰胺酶特别对G-杆菌产生的广谱6_内酰胺酶高度稳定;体内分布广，组织穿透力强，有一定量渗入脑脊液；对肾脏基本无毒，性；主要用于重症耐药G-杆菌感染。第四代头孢菌素：头孢匹罗(cefpirome)、头孢毗肟(cefepime)、头孢利定(cefolidinX头孢噻利(cefoselis)具有第三代头孢菌素对革兰阴性菌较强的抗菌作用；对G+菌的作用比第三代增强；对。_内酰胺酶尤其是超广谱质粒、染色体介导的酶稳定；有些药物如头孢地嗪还能增强机体防御功能，刺激吞噬细胞杀菌作用；无肾脏毒性；主要用于重症耐药G-杆菌感染，特别是威胁生命的严重革兰阴性杆菌感染及免疫功能低下的重症；为提高疗效，铜绿假单胞菌感染可合用抗铜绿假单胞菌的广谱青霉素或氨基苷类抗生素；厌氧菌混合感染可合用甲硝唑。一、大环内酯类抗生素大环内酯类抗生素是一类均具有14-16元大环内酯环状化学结构的抗生素。包括：第一代大环内酯类：14元环：红霉素16元环：乙酰螺旋霉素、麦迪霉素、吉他霉素、交沙霉素14元环：罗红霉素、克拉霉素第二代大环内酯类：15元环：阿奇霉素16元环：罗他霉素(一)第一代大环内酯类红霉素(Erythromycin)红霉素是于1952年从红链丝菌的培养液中提取的14元环大环内酯类抗生素［体内过程］吸收：红霉素为碱性不耐酸，口服用肠溶片在小肠崩解吸收，酯化物制剂有相当的耐酸能力亦易于吸收；分布：广泛分布于各种组织及体液中，尤以胆汁中分布浓度高，但不易透过血脑屏障；消除：主要经肝脏代谢，胆汁排泄，肝功能不全者药物排泄速度减慢。［抗菌作用］抗菌谱：红霉素对金葡菌、表葡菌、链球菌及革兰阳性杆菌均有强大的抗菌活性；对某些革兰阴性菌如脑膜炎球菌、淋球菌、百日咳杆菌及布鲁杆菌有较强抗菌作用；对军团菌、弯曲杆菌亦有较强抗菌作用；本品对各种厌氧菌亦有相当的抗菌活性，但革兰阴性厌氧杆菌如脆弱类杆菌、梭杆菌属除外；对螺旋体、肺炎支原体、立克次体、衣原体也有抑制作用，抗菌机理作用于细菌核糖体50S亚基，抑制肽酰基转移酶，阻止转肽作用和mRNA位移，抑制细菌蛋白质的合成。［耐药性］细菌对红霉素易产生耐药性，但停药可恢复；本类药物存在不完全交叉耐药性：对红霉素耐药的菌株对其他第一代大环内酯类仍敏感；对第一代大环内酯类耐药的菌株对第二代仍敏感；对第二代大环内酯类耐药的菌株对第一代也耐药；耐药机制：改变靶位结构：23S核糖体RNA腺嘌呤甲基化是最常见的耐药机制；细菌胞膜对药物的通透性降低：药物渗入菌体内减少；主动流出增加：细菌通过主动流出系