2016, Vol. 36文章信息
- 温赛, 刘怀然, 韩煦, 李天, 邢旋.
- WEN Sai, LIU Huai-ran, HAN Xu, LI Tian, XING Xuan.
- 综述人工合成型抗菌肽及其药学应用研究进展
- Research Advances in the Design of Synthetic Antimicrobial Peptides with Enhanced Therapeutic Potentials
- 中国生物工程杂志, 2016, 36(8): 89-98
- CHINA BIOTECHNOLOGY, 2016, 36(8): 89-98
- http://dx.doi.org/DOI:10.13523/j.cb.20160812
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文章历史
- 收稿日期: 2016-05-25
- 修回日期: 2016-06-07
近几年，由于长期滥用抗生素导致耐药菌株所引发的炎症疾病越来越多，已严重影响了全球公共卫生安全，而成功进入临床应用的新型抗生素数量一直逐步萎缩，使得寻找抗生素的替代品成为人们的当务之急。抗菌肽作为生物最古老的防御机制之一，具有十分重要的生理作用，可以有效杀灭细菌、真菌、病毒以及原生生物，成为保护宿主不受病原体侵害的有效防护屏障[1-2]。已有研究证明，抗菌肽对多种耐药细菌，如甲氧西林抗性金黄色葡萄球菌(MRSA)、万古霉素抗性肠球菌(VRE)、多药耐药性绿脓假单胞菌和分支杆菌均有杀灭作用，因此抗菌肽有望作为新型抗菌药物为耐药细菌感染的临床治疗带来一场革新。
天然抗菌肽的来源十分广泛，主要包括植物、昆虫、两栖动物、人体等。截止到2016年5月，抗菌肽数据库(antimicrobial peptide database，APD)中总共含有2 700余种抗菌肽，这个数目仍在持续增长中。抗菌肽通常由12~50个氨基酸构成，是一类同时具有疏水区和阳离子亲水区的两亲性小分子，可以与细胞膜发生特异性作用。由色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸等疏水氨基酸组成的疏水区使抗菌肽分子更易于与具有多种两亲性结构的磷脂双分子膜相结合，而包括精氨酸和赖氨酸在内的阳离子氨基酸可以使抗菌肽平均静电荷达到+2至+9[3]，在静电力吸引下可以选择性地与带负电荷的细胞膜表面结合并发生构象改变。随着抗菌肽数量增加，抗菌肽不断发生积聚，进而破坏细胞膜、影响细胞的完整性，使细胞死亡，实现杀菌的目的[2, 4-5]。除了两亲性和阳离子度外，众多的研究显示抗菌肽在细胞膜环境中形成的空间结构，如α-螺旋结构、含有一个或多个二硫键的β-折叠结构、环链状结构、伸展结构或者混合二级结构(图 1)，也与抗菌肽的杀菌功能具有密不可分的关系[3, 6-7]。
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| 图 1 抗菌肽的五种常规结构(a) α-螺旋结构，(b) β-折叠结构，(c)环链状结构，(d)伸展结构，(e)混合二级结构 Figure 1 Common structural classes of antimicrobial peptides (a)α-helix, (b)β-sheet, (c) looped, (d) extended (e) mixed secondary structures (图中箭头指向的共价键为分子内二硫键) Disulfide linkages are indicated by arrows |
目前以蜂毒肽(melittin)、蛙皮素(magainin)、防御素(defensin)、cathelicidin等为代表的天然抗菌肽在体外杀菌活性方面得到了充分的研究，但是真正实现临床应用仍面临较大问题，如天然抗菌肽来源受限、效价较低、较长的多肽序列导致生产成本较高、对蛋白酶降解和高盐环境敏感、可能产生溶血性和细胞毒性等等[8-10]。因此，开发和制备能够克服上述缺点的新一代人工合成型抗菌肽具有重要意义。随着对现有天然抗菌肽性质、结构和作用机制的不断深入研究，研究人员已成功利用各种现代生物技术对抗菌肽进行分子改良或者合成新型抗菌肽。本文主要针对现有的抗菌肽人工改造技术进行了总结，包括化学修饰法、蛋白质工程技术、计算机分子模拟技术、从头设计最小化法，并对人工合成抗菌肽作为抗菌药物的应用现状及前景进行了展望。
1 抗菌肽人工改造方法 1.1 化学修饰法抗菌肽作为一种小分子多肽，富含碱性和疏水性氨基酸残基构成的重复性序列，对蛋白酶的降解作用较为敏感，因此在人的体液环境中或者面对含有较多蛋白酶的致病菌时其半衰期很短，导致使用量大幅增加。解决该问题的有效途径之一是通过对目标肽进行化学修饰以降低蛋白酶对抗菌肽的识别、结合作用[3]。较为常见的手段是对抗菌肽末端进行化学修饰，也称为“加盖”(capping)，包括N-端乙酰化(N-terminus acetylation)和C-端酰胺化(C-terminus amidation)[11-12]。但这种手段的具体实验结果往往因研究对象而异，还可能受到多种因素的影响，如一级序列、“加盖”试剂的选择、环境中主要蛋白酶的种类等。Nguyen等[13]证明了短乳铁蛋白六聚体衍生物经过末端修饰后在人血清中的稳定性排序为：N-端乙酰化及C-端酰胺化>仅N-端乙酰化>仅C-端酰胺化。Svendsen等[12]则试验了一系列阳离子短肽，发现N-端乙酰化对胰蛋白酶降解作用影响不大，而C-端酰胺化的类型不同对胰蛋白酶抗性影响显著，且N, N-双取代氨基化合物的效果要优于单取代氨基化合物。另外C端加盖基序(capping moiety)其分支中甲基的立体化学效应直接影响了胰蛋白酶S1′结合位点(也具有手性)与底物的结合作用，因此极大提高了抗菌肽的胰蛋白酶稳定性。
此外，聚乙二醇(PEG)化是提高抗菌肽杀菌活性、降低溶血性的有效手段。该方法是将PEG与天然抗菌肽进行缩合，生成具有双亲性的嵌段共聚物。一般来说，PEG化蛋白产物不具有毒性，在水和有机溶剂中可溶性良好，提高了生物兼容性从而减少多肽聚集，同时也可降低蛋白酶降解机率。Morris等[14]在对人源抗菌肽LL-37和天蚕抗菌肽Cecropin A片段的杂合肽CaLL进行N端PEG2化后，杂合肽CaLL在肺衬液中对肺病原菌(炭疽杆菌、大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌)半数抑菌浓度升高了2~10倍，同时对肺上皮原代细胞毒性也大大降低。Zhang等[15]发现PEG化的抗菌肽MA(抗菌肽Melittin的衍生片段)与未PEG化的抗菌肽MA相比，PEG化抗菌肽的半衰期增加了3~4倍，说明稳定性有了极大提高。
由于自然环境中抗菌肽容易受到蛋白酶的降解和形成聚集体，因此需要富集大量的抗菌肽以弥补该缺点，但也导致了细胞毒性的提高。采用化学共价结合法对抗菌肽进行固定化，不仅可以降低抗菌肽的细胞毒性，增加抗菌肽的长期稳定性，且不改变抗菌肽的抑菌谱[16]。目前成功进行固定化的抗菌肽包括天然抗菌肽，如LL-37[17]、lactoferricin[18]、Magainin I[19-20]，合成抗菌肽，如Melimine[21-22]，以及嵌合型抗菌肽[23]等，该方法对于医学抗菌材料和食品保鲜具有重要意义。化学共价结合策略相对比较广泛，除利用抗菌肽的游离氨基或者羧基与改性后的材料表面基团之间形成肽键外，还可以利用抗菌肽的巯基与改性材料表面的巯基、马来酰亚胺、环氧基团发生反应，以及通过Huisgen 1, 3-偶极环加成反应使得抗菌肽与材料表面的叠氮基、炔烃基之间形成共价键[16]。在固定化的过程中，抗菌肽的序列长度、灵活度、抗菌肽与固定材料表面的间隔区(spacer)种类、抗菌肽密度、固定化方向等均可能影响抗菌肽的效价[24-25]。Haynie等[26]和Cho等[27]则证明了维持固定型抗菌肽的α螺旋、β折叠等二级结构是固定型抗菌肽是否具有活性的关键因素。
在应用化学修饰法的同时，化学修饰对抗菌肽的活性、稳定性和毒性的影响也可能是负面的，因此需要通过实验进行验证。
1.2 蛋白质工程技术天然抗菌肽具有丰富的序列和功能多样性，结构相似的抗菌肽其分子功能和抑菌谱可能存在着显著差异。因此以天然抗菌肽结构为出发点，基于抗菌肽分子的电荷、两亲性、溶解性、长度、螺旋性、活性功能域等基本性质，利用基因工程、定点突变技术及固相/液相合成技术，对抗菌肽结构进行人为调整，实现了众多天然抗菌肽分子的定向改造[28]。常见的改造方法包括，增减二硫键、抗菌肽序列截短、氨基酸替换、制备杂交型/轭合型抗菌肽、抗菌肽环化等。
例如，Morrison等[29]在小鼠心脏和睾丸中存在的一种新型β-防御素中引入了分子间二硫键，使其更高效地抑制革兰氏阳性和阴性细菌。人源防御素HBD-1中如果减少二硫键，会减弱该抗菌肽对于假丝酵母菌(Candida)、双歧杆菌(Bifidobacterium)和乳酸杆菌(Lactobacillus)的抗性[30]。但是对人源α-防御素HNP-1进行的截短实验发现，在去除了二硫键、仅保留C端β-发卡结构的情况下，截短抗菌肽对包括口腔病原菌在内的一系列细菌仍具有高效的杀菌能力[31]。类似的抗菌肽截短实验结果还包括magainin 2，在去除其N端3个氨基酸(Gly-Ile-Gly)后，剩余的19个氨基酸仍具有等同的跨越细胞膜双分子层的能力[32]。多肽截短技术已成为研究抗菌肽结构冗余规律，有效降低抗菌肽人工合成成本的重要途径[33-34]。
此外，氨基酸定点突变、非天然氨基酸替换等手段也是提高抗菌肽活性和稳定性的一类重要方法[35-36]。Nan等[37]研究了抗菌肽LL-37的α螺旋活性中心序列“IG-19”(第19~31位氨基酸)，发现在IG-19螺旋轮投影(helical wheel projection)的两亲界面上进行Trp氨基酸残基置换可以在不影响原有内毒素中和能力(LPS neutralizing properties)的基础上使选择性提高了2.8倍。
对天然抗菌肽序列进行环化(cyclization)是提高抗菌肽在生理环境中稳定性的一种重要手段，主要途径为利用酰胺键[38]、二硫键[13, 39-40]，或天然化学连接[41]构建头尾相连的环形骨架，可以有效阻止游离的多肽末端被蛋白酶结合并分解。有研究证明二硫键介导的抗菌肽indolicidin类似物CP-11的环化作用可使位于抗菌肽远端的两个阳离子氨基酸精氨酸和赖氨酸更加靠近，导致位于分子中心的疏水性氨基酸亮氨酸和色氨酸的侧链发生更紧密的堆积，这种结构由于骨架稳定且空间位阻显著增加，使得环形肽cycloCP-11对胰蛋白酶的抵抗力提高[40]。同时，许多研究也证明环化可以有效提高抗菌肽的杀菌活性和选择性[39, 42]。例如含有11个氨基酸残基的乳铁蛋白类似物LfcinB4-14Disu经二硫键环化后抗菌活性提高，Nguyen等[43]利用核磁共振技术和荧光标记技术对环形肽进行分析后发现，精氨酸和赖氨酸残基间隔分布构成正电集团与色氨酸、甲硫氨酸和亮氨酸侧链形成的疏水集团形成更加明显的分界，促进了环形肽的疏水基团更加深入细胞膜是抑菌活性提高的原因。
对抗菌肽的功能性区块还可以进行人为组合，这极大地拓展了抗菌肽的功能。研究指出，抗菌肽的高效杀菌功能区域(killing moiety)可以通过连接一个对病原菌具有特异性靶向定位能力的蛋白域(targeting peptide region)构成特异性靶向抗菌肽(specifically-targeted antimicrobial peptides, STAMPs)，特异性靶向抗菌肽可以从混合群菌中找到致病菌进行定向杀灭，但对正常菌群不产生影响[44]。在此基础上，He等[45]通过固相合成法将两个STAMP识别域通过一个赖氨酸作为中心分支点(branch point)同时连接在一个线性抗菌肽分子上构成了具有双重靶向性的新型抗菌肽(multiple-headed STAMP，MH-STAMP)。MH-STAMP在面对多重感染时不仅具有临床治疗意义，也有望解决细菌对抗菌肽的耐受性问题。天然抗菌肽也可以连接一个异质性的功能结构，如配体、抗体、抗生素等，进而增加对目标细胞表面受体的结合能力或者发挥协同抑菌能力。如，An等[46]将抗菌肽LL-37与巨噬细胞集落因子受体M-CSFRJ6-1进行融合表达形成了轭合型抗菌肽，可用于小鼠肿瘤的免疫治疗。Che等[47]将Cecropin A和蜂毒素相融合，该蛋白可以促进水稻的抗白叶病能力，增强其自我保护功能。
还可以利用与病原菌胞壁成分LipidⅡ或脂多糖LPS(内毒素)具有特异性识别结合能力的多肽作为结构基础开发新型靶向抗菌肽。如Frecer等[48]制备了具有两亲性的阳离子环肽，可以靶向结合革兰氏阴性菌的LPS和类脂A，对大肠杆菌、伤寒沙门氏菌、志贺氏杆菌的最小抑菌浓度(MIC)均低于5 nmol/L，且对红细胞的溶血性很低。Bhattacharjya等[49-50]发现含“KRKR”的β-Boomerang结构抗菌肽能中和内毒素LPS，由此设计并筛选得到了既具有抗菌能力又能中和内毒素的β-Boomerang肽YI12WY。因此，扩大抗菌肽特殊结构对病原菌受体的识别范围或者筛选新的特异性识别受体的小分子是下一步研发的主要方向。
以上技术均基于对天然抗菌肽序列进行改造，这一类试验为研究抗菌肽保守结构、揭示抗菌肽杀菌机制和构效关系提供了大量的实验数据。
1.3 计算机分子模拟设计方法抗菌肽具有的分子量小、立体结构简单、理化性质清晰等特点使其特别适用于借助计算机建模的方法进行分子改造。以抗菌肽indolicidin为例，indolicidin虽具有良好的抑菌活性，但也有很强的细胞毒性，会引起红细胞裂解，故在实际应用中受到一定的限制。参考文献[51]报道Tsai等通过分子动力学模拟的方式分别研究了抗菌肽indolicidin与红细胞细胞膜、细菌细胞膜之间的分子作用机制。计算机模拟结果表明，indolicidin通过插入红细胞膜磷脂双分子层并通过疏水作用破坏红细胞的细胞膜，而对于细菌，indolicidin则通过吸附到细菌细胞膜磷脂双分子层表面并在水-脂质界面上形成静电作用力进而破坏细菌细胞膜。由此，Tsai等通过构建indolicidin的13肽类似物IL-K7F89，即在indolicidin的基础上替换了3个氨基酸残基，从而增强了静电作用力，使该抗菌肽的杀菌活性提高，同时削弱了疏水作用进而降低了红细胞裂解作用，最终使MIC值降低了2倍并降低了溶血毒性达10倍以上。
由于柔性可能也是影响抗菌肽构效关系的一个重要的结构性质，刘黎[52]以抗菌肽的柔性特性为研究方向，利用拉伸分子动力学模型计算抗菌肽的力学性质，成功提取了抗菌肽HP(2-20)及四个多肽类似物的拉伸刚度，结合有限元分析、B-factor计算等方法发现抗菌肽对磷脂分子有束缚作用，会导致膜的不均匀性，这个过程中抗菌肽的柔性提高，会提高抗菌肽的活性，但达到一个阈值后活性又将下降，为抗菌肽设计提供了一个新的力学调控途径。
此外，计算机模拟也可以作为一种新型抗菌肽的高通量虚拟筛选方法，有效节约大型多肽文库的合成及筛选成本。最近，人工智能算法(artificial intelligence algorithm)被成功应用于从一个库容为100 000的9肽文库中筛选潜在的抗菌肽分子，通过定量构效关系(quantitative structure-activity relationship，QSAR)和人工神经网络(artificial neural networks)构建的预测模型准确率高达94%。实验证明，该方法得到的两个新型抗菌肽分子HHC-10和HHC-36在小鼠模型中对于金黄色葡萄球菌感染病例的杀菌效果优于目前临床使用的所有抗菌肽[53-54]。此后，进一步应用计算机遗传算法的启发式进化编程方法(heuristic evolutionary programming method)使得该模型对新型抗菌肽的识别能力提高了19倍[55]。随着计算机技术的发展，这种低成本、高效率的新型抗菌肽虚拟筛选方法将有望取得更多的突出成果。
1.4 从头设计最小化抗菌肽进化过程中保守的天然抗菌肽序列往往长而复杂，相反最小化抗菌肽的设计策略是仅仅使用有限数目的精氨酸、赖氨酸和/或组氨酸(可以与携带负电荷的微生物细胞膜表面发生静电作用)，以及一些非极性的氨基酸，如丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸(介导抗菌肽插入细胞膜的磷脂双分子层中)，共同组合生成两亲性人工抗菌短肽。这个设计策略在药物研发方面具有重要的价值，因为识别和鉴定出与杀菌能力相关的最小基序(motif)或者是药效基团有助于简化新型多肽药物的研发过程，另一方面，合成仅含有3~4种氨基酸、长度小于20个氨基酸残基的短肽可以大幅缩减工业生产成本，同时也会有效降低抗菌肽的免疫原性和细胞毒性。
最小化抗菌肽设计中使用最普遍的氨基酸是阳离子的、在生理条件下可以发生质子化的精氨酸和疏水性的色氨酸[56-58]。精氨酸的胍基侧链除了可以与带负电的细胞膜之间形成氢键外，同时还与色氨酸的芳香族吲哚侧链形成阳离子-π相互作用，可以保护精氨酸的正电荷，使得抗菌肽在插入疏水的磷脂双分子层时占据能量优势[59]。色氨酸的两亲性吲哚基团也被认为可以促进抗菌肽与磷脂双分子层的界面结合，以及在插入细胞膜时介导与脂酰链之间的疏水性结合。有研究显示，在维持精氨酸和色氨酸残基之间适当的两亲性平衡的条件下，抗菌肽表现出杀菌活性所需的关键肽长度仅为5~6个氨基，且该最小化抗菌肽的血清半数溶血值(HC50)是最低抑菌浓度值(MIC)的10倍以上[56-57]。
除两亲性外，最小化抗菌肽的研究重点还包括如何在细胞膜内通过自主组装形成规则的二级结构。其中，对抗菌肽中广泛存在的α-螺旋结构研究最为深入。Wiradharma等[60-62]合成了一段序列单元为(XXYY)n的(X:疏水氨基酸，Y:阳离子氨基酸，n:2~4个重复)多肽序列，通过第i位和第i+4位的丙氨酸、苯丙氨酸或者亮氨酸的侧链产生的疏水作用，以及第(i+2)位和第(i+3)位的精氨酸和赖氨酸产生的电荷排斥作用，使得线性的抗菌肽单体在水溶液中不会聚集，并且在通过磷脂双分子层时通过氢键、疏水作用等形成α-螺旋结构，实现细胞膜的破坏作用。Javadpour等[63]设计并实验了氨基酸序列模式为[(PNN)(PNN)P]n和[(PNN)P(PNN)]n (P=极性赖氨酸残基, N=非极性亮氨酸或丙氨酸或甘氨酸残基，n=1~3)的α-螺旋折叠抗菌肽，发现当n≥2时Leu/Ala和Leu/Gly型抗菌肽在模拟细胞膜环境中会形成α-螺旋结构并具有杀菌能力，进一步增加氨基酸残基的数目可以增加螺旋度和杀菌能力，说明这两个性质与短肽序列长度具有正相关性，但值得注意的是当超过一定阈值后抗菌肽的溶血性和小鼠细胞毒性也随之增加。
另外，可以通过改变氨基酸的排列以改变α-螺旋轮投影(helical wheel projection)中疏水、亲水氨基酸的分界面，实现抗菌肽性能的优化[64-65]。以(LLKK)3序列“LK12”为例，当螺旋轮投影中含有5~7个连续的阳离子(或疏水)氨基酸时，抗菌肽LK12的杀菌活性和选择性有了显著提高。当亮氨酸比例提高至7以上，抗菌肽LK12的半数溶血值HC50从大于500降低到了13.6 mg/L，说明增加抗菌肽疏水表面超过一定阈值可能导致对微生物选择性的降低[62]。另有实验表明，利用阳离子氨基酸打断连续的疏水性表面可以减少短肽在水溶液中的自组合，增加其与细菌细胞膜的结合率，提高杀菌能力[61-66]。
除α-螺旋结构外，人工设计合成的β-折叠、β-发卡等最小化抗菌肽结构也被证明具有自组装性和特异选择性[67-69]。这些最小化抗菌肽比天然大分子抗菌肽具有更低的细胞毒性和免疫原性，因此在抗菌药物方面具有很大的开发潜力。
2 人工合成抗菌肽在抗菌治疗方面的应用内源性阳离子抗菌肽结构上多种多样，并呈现广谱的临床抗菌功能。在生理条件下，天然源抗菌肽没有发挥最佳的抗菌活性主要是由于其对于盐离子和蛋白酶的敏感性。目前许多药剂公司和科学家热衷于人工设计合成天然抗菌肽类似物，通过理性设计、改造合成肽的序列和结构，使其对于特定疾病具有适当功能性或者生物免疫调节活性，克服天然抗菌肽的缺陷，达到临床治疗目的。然而在过去的二十多年里，成功进入临床试验的人工抗菌肽数量仍然有限。以下列举了一些具有代表性的人工抗菌肽产品及其临床试验情况。
防御素模拟物PMX-30063/Brilacidin是一种芳香族合成肽，已经通过由金黄色葡萄球菌引起的皮肤感染治疗Ⅱb期临床试验。结果表明，该合成肽与通过FDA批准的达托霉素七天剂量治疗效果类似。试验中，40%的患者被耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染，应用合成抗菌肽PMX-30063/Brilacidin减少了由金黄色葡萄球菌和它的脂磷壁酸所引起的促炎性细胞因子(IL6, TNFα)的产生，并且可检测到细菌数量明显下降[70]。
P.60.4Ac和P10都是人源抗菌肽LL37的衍生物，比LL37可以更高效地杀死耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐莫匹罗星金黄色葡萄球菌，因此更适合用于由多耐药性细菌引起的严重烧伤感染的治疗，具有良好的应用前景[71]。
此外，含有β-折叠特征结构和序列[(X1Y1X2Y2)n, X=疏水氨基酸，Y=阳离子氨基酸，n=重复单元个数]的人工合成抗菌肽也用于一系列抗炎实验中。其中，抗菌肽IK8L证明可以有效抵抗具有多耐药性的菌株，如铜绿假单胞菌、鲍氏不动杆菌、结核分枝杆菌和金黄色葡萄球菌[72]。值得一提的是，抗菌肽IK8L对临床治疗过程中耐药性增长非常迅速的一种病原体——克雷伯肺炎杆菌也具有杀灭作用。小鼠试验证明该合成肽可以干扰克雷伯肺炎杆菌生物膜的形成，减少炎症因子的表达，削减肺部伤害从而降低了死亡率[73]。
hLF1-11是一种人类乳铁蛋白衍生物(含有人乳铁蛋白N-端的11个氨基酸残基)，对包括耐药性金黄色葡萄球菌和鲍氏不动杆菌在内的革兰氏阳性菌和阴性菌造成的感染具有普适性[74]。同时，hLF1-11也可以作为抗真菌药物，与氟康唑发挥协同作用，对于抑制耐氟康唑白色念珠菌等真菌有良好的效果[75]。此外，hLF1-11可以应用于中性白细胞减少症患者，减少经过脊髓治疗引发的细菌或真菌感染，为造血干细胞移植做准备。
组胺素5(Histatin5)是一种从唾液中分离得到的抗细菌和真菌的抗菌肽。抗菌肽P-113由组胺素5中12个氨基酸残基组成，保留了原始的抗菌特性，并能更有效地抵抗多种念珠菌感染。因此，P-113可以应用在治疗口腔念珠菌疾病中，并顺利通过了临床研究新药(investigational new drug，IND)申请[76]。此外，P-113已经成功通过了艾滋病(HIV)患者Ⅱ期临床试验，它的另一个变种P113D也被考虑纳入到囊性纤维病患者的治疗方法中[77]。
目前，仅有四种人工抗菌肽正式进入临床三期试验阶段。Pexiganan是一种爪蛙素衍生物，在治疗糖尿病足部溃疡时的疗效可以与抗生素氧氟沙星媲美，但尚未获得美国FDA的临床应用许可[78]。Omigard(TM)，盐酸奥米加南(1%水凝胶)作为墨西哥MIGENIX公司研发的一种抗菌肽indolicidin的衍生物，具有优异的抗细菌和真菌效果，可用于医疗器械、外科创口和烧伤性感染的治疗[79]。但是Omigard(TM)在治疗导尿管感染第Ⅲb期临床测试中并未呈现显著的统计学结果。猪来源抗菌肽ⅠB-367的衍生物rBP121作为脑膜炎治疗药物已成功完成了Ⅲb期临床实验[80]。
表 2集中展示了其它一些成功进入临床试验阶段的人工合成肽的来源、性质和医疗用途。综上所述，人工合成抗菌肽作为抗感染的潜在药物具有广阔的应用前景，但仍需大力推进以弥补其目前商业化药品的空缺。
| 合成肽 | 母本抗菌肽 | 临床用途 | 临床试验阶段 |
| EA230 | HCG | 防止肾衰竭和败血症 | Ⅱ期 |
| IMX942 | Inndolicidin和IDR1 | 帮助免疫调节，没有抗菌特性，防止化疗的病人进一步感染 | Ⅱ期 |
| RDP58 | HLA class Ⅰ | 口服治疗炎症性肠病 | 通过Ⅱ期试验 |
| DiaPep277 | HSP60 | Ⅰ型糖尿病 | 通过Ⅱ期试验 |
| AP214 | α-MSH | 败血症、术后肾衰竭 | Ⅱ期 |
| CZEN-002 | 促黑细胞激素 | 外阴阴道念珠菌病 | Ⅱb期 |
| rBP121 | BPI | 脑膜炎 | Ⅲb期 |
| PAC113 | Histatin 5 | HIV血清检测呈阳性患者所患口腔念珠菌病 | Ⅱb期 |
| Brilacidin | 防御素模拟物 | 由金黄色葡萄球菌引起的皮肤组织感染 | Ⅱ期 |
| Iseganan | protegrin-1 | 治疗经过放射治疗的头颈癌患者的口腔黏膜炎 | Ⅳ期 |
| Opebacan | BPI | 内毒素血症 | Ⅰ/Ⅱ期 |
| Omiganan pentahydrocholoride | Indolicidin | 丘疹脓疱性皮肤痤疮 | Ⅳb期 |
| hLF1-11 | lactoferricin | 预防造血干细胞移植时引起的白血球减少症中细菌和真菌感染 | Ⅰ/Ⅱ期 |
| Pexiganan acetate | Manganin | 糖尿病足溃疡 | Ⅳ期 |
3 展望
天然抗菌肽具有广泛的抑菌功能，能阻止多种病原体入侵，在先天性免疫和获得性免疫中也起到了多样的生物功能作用。它们一方面调节着造血细胞、上皮细胞和内皮细胞等免疫功能，另一方面抑制着体内不良免疫应答，减少对机体产生的损伤。通过这种方式维持着机体稳态以抵抗病原体侵袭，而非施加药物直接杀死病原体。这种方式使得由于摄入过多的抗生素所导致的病原体耐药性几率大大降低。同时抗菌肽也可直接特异性地消灭微生物病原体，因此抗菌肽成为新一代抗生素替代品具有极大的可行性。然而，在生理条件下，抗菌肽的抑菌活性受到蛋白酶、二价阳离子等因素影响，不能达到最佳效果，并且在临床试验情况下，人们往往希望抗菌肽可以同时具有多种功能。因此，根据天然源抗菌肽进行改造，设计合成新型抗菌肽更符合需求。除了不断分离得到更多的天然抗菌肽和制备天然抗菌肽的类似物，利用生物信息学和计算机工具将会设计得到更多全新的抗菌肽分子，而有效的筛选方法的建立就显得尤为重要。多肽组学是一种可以鉴定出抗菌肽的生物活性和生理特性方法。这种方法以处理庞大数据库的生物信息学工具的质谱分析法为基础，使得筛选高产量并可应用于医疗的合成抗菌肽变得可行。
总之，尽管目前可以应用于临床治疗的抗菌肽数量还比较有限，但随着该领域科学技术的逐渐发展，在未来会有更多的抗感染特性被发现，也会有越来越多的合成肽被应用到临床治疗中。而目前，对于生化合成的抗菌肽的药效学、动力学以及作用的稳定性方面的研究较少，并且其本身的毒副作用及代谢物的毒副作用研究得并不是很清楚，还需要加强研究和补充。
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