中国公共卫生  2008, Vol. 24 Issue (11): 1395-1396   PDF    
抗菌肽抗原虫作用研究进展
于娟, 赵瑞君     
山西医科大学寄生虫教研室, 太原030001

原虫为单细胞真核生物,致病性原虫对人类健康和畜牧业生产造成了严重危害。目前,抗原虫治疗仍以化学药物为主,但由于其带来严重的副作用和日益突出的耐药性问题,使得新药的研制尤为迫切。抗菌肽是生物细胞特定基因编码,经特定外界条件诱导产生的一类多肽,具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗原虫等多种生物学功能。本文就抗菌肽的抗原虫作用、作用机制及存在问题作一综述。

1 抗原虫作用

1989年,Gwadz RW等[1]首次研究发现,magainins和cecropin 2种抗菌肽能够抑制疟原虫生长,从此揭开了抗菌肽在抗原虫方面研究的序幕。抗菌肽种类很多,不同生物的不同刺激下产生的抗菌肽不同,其抗原虫作用也有所不同。

1.1 抗疟原虫作用

Gwadz RW等[1]用来源于天蚕的cecropins和来源于蛙类的magainins这2种抗菌肽作用于感染了疟原虫的按蚊,发现疟原虫的囊合子不能够正常发育,孢子发育也受到抑制不能形成子孢子,感染途径因此被阻断。Shahabuddin M等[2]用另一种抗菌肽defensin作用于鸡疟原虫后,发现子孢子膜通透性增加,形态学发生改变,进而活力丧失,与cecropin和magainins比较,defensin对宿主毒性较小。Shiva-3为cecropin类合成肽,其在75~100?μmol/L时就可以有效减少体外柏格氏疟原虫动合子的产生及按蚊的感染数量。在疟原虫发育的早期8?h内,应用100?μmol/L的shiva-3就可完全抑制其发育,并且在50?s后即可发挥效应[3]。Possani LD[4]等将scopin基因导入按蚊中,在按蚊消化道蛋白水解酶启动子的作用下,合成和释放毒性肽到按蚊的胃肠道,导致疟原虫的发育受到抑制。提示抗菌肽主要作用于疟原虫的早期阶段,具有阶段特异性。

1.2 抗锥虫作用

2002年,Boulangei N等[5]用布氏锥虫感染刺舌蝇后,采用反相色谱法、质谱法、Edman降解法和体外抗菌测定法,检测到其血淋巴液中有cecropin,attacin,defensin 3种抗菌肽。Hu C等[6]通过免疫缺陷(Imd)途径研究观察其无脊椎动物固有免疫中的调节作用,解释了刺舌蝇对布氏锥虫的天然抵抗力。在此实验中,Hu C等采用双链RNA干扰方法,发现锥虫可诱导刺舌蝇中attacin和cecropin的表达,并且受Imd途径中转录子活化剂GmmRel的调节。通过敲除GmmRel基因,可以阻断免疫应答过程中脂肪体内attacin和cecropin的产生,导致中肠内的锥虫数量明显增加。由于锥虫在昆虫中肠内数量最多,一些研究者便尝试将昆虫肠道内的共生细菌进行基因修饰,使其在昆虫中肠内表达抗锥虫物质。Dotson EM等[7]将带有包含cecropin基因的穿梭质粒pBP5导入椿象红球菌(Rhodococcus rhodnii)后,发现长红锥蝽(Rhodnius prolixus)体内的锥虫数量明显减少,而且转基因共生菌的稳定性很好,能在100代以内稳定遗传。

1.3 抗弓形虫作用

PW2是从噬菌体得到的一种抗菌肽,对弓形虫速殖子有抑制作用,但对哺乳动物和鸟类细胞有轻微的溶解效应[8]。Orsi N[9]将lactoferrin用于体内和体外抗弓形虫实验,发现均能杀灭弓形虫。Seeber F[10]等利用lacZ转基因寄生虫研究β-半乳糖苷酶的释放在膜溶解过程中的作用,发现刚地弓形虫对溶解性肽较敏感。赵瑞君[11]等研究发现,用大肠埃希菌诱导家蝇幼虫产生的抗菌肽有体外抗弓形虫作用,因此,有望从家蝇血淋巴中分离提纯出有抗弓形虫作用的抗菌肽。

1.4 抗利什曼原虫作用

Diaz Achirica P等[12]发现,杂交肽CA(1-8)-M(1-18)对杜氏利什曼原虫前鞭毛体有效,微量浓度就能导致前鞭毛体死亡。Chicharro C等[13]酰化CA(1-7)-M(2-9)氨基端的α或ε位赖氨酸,可使其对前鞭毛体作用增强3倍,对无鞭毛体作用增强15倍。

1.5 对其他原虫的作用

1998年,Cirioni O等[14]用cecropin P1和magainin Ⅱ作用于艾滋病(AIDS)病人支气管肺泡灌洗液中的卡氏肺孢子虫,发现cecropin P1在66.77 mg/L时对包囊的抑制率为93.3%,对滋养体的抑制率为98.1%。magainins Ⅱ在49.33 mg/L时抑制率分别为90.6%和98.7%,并对细胞无害。随后,他们又用cecropin P1,againin Ⅱ,indolicidin和renalexin作用于AIDS病人粪便中分离得到的小球隐孢子虫,发现浓度为50?μmol/L时能分别使裂殖体减少30.6%,33.2%,38.5%和42.1%[15]。此外,还发现defensin对蓝氏贾第鞭毛虫滋养体和阴道毛滴虫都有抑制作用。

2 抗原虫作用机制

抗菌肽对原虫的作用机制目前还不甚清楚,有可能是多种机制的联合作用。根据抗菌肽对原虫的作用部位不同,可分为膜攻击性机制和胞内杀伤机制。

2.1 膜攻击性机制

Seeber F[10]用弓形虫作为模型,证明抗菌肽通过膜溶解作用杀伤弓形虫。Shahabuddin M等[2]将defensin作用于体外的鸡疟原虫,发现defensin通过破坏膜的通透性,引起形态学改变,最终导致疟原虫死亡。Martins RM等[16]在锥蝽的唾液中发现了膜孔形成蛋白Trialysin,0.4~0.9?μmol/L时就可引起克氏锥虫的溶解,当超过这个浓度时就会发生溶血。CA(1-8)-M(1-8)在微量浓度下即可引起杜氏利什曼原虫前鞭毛体膜形成H+/OH-快速通道,导致膜电位丧失,细胞膜发生形态学改变,细胞内环境紊乱,进而引起其他细胞器发生改变[12]。Guerrero E等[17]在研究F5W-magainin 2及其类似物MG-H1、MG-H2对利什曼原虫的作用时发现,MG-H1可以通过类似毯式模型机制引起离子泄漏,使膜通透性增加,而MG-H2和F5W-magainin 2在膜外浓度达到某一值时,会形成暂时性的肽-磷脂孔,随着孔的自发性破坏,抗菌肽进入细胞,接触到胞内的靶物质,经过特定途径最终杀灭利什曼原虫。

由此可见,细胞膜是抗菌肽发挥作用的重要结构。许多抗菌肽在发挥抗原虫作用时,其与细胞膜之间的作用机制和抗细菌、真菌、病毒的作用机制有些类似,通过在原虫细胞膜上形成孔洞,使膜的通透性增加,最终达到杀伤原虫的目的。但原虫属于真核生物,其细胞在膜脂质组成上基本相似,抗菌肽为什么对原虫的细胞膜具有选择性,有学者认为是由于膜电位的差异造成了对原虫的选择性,但还有待于进一步研究。

2.2 胞内杀伤机制

Sullivan M等[18]研究发现,thiostrepton可以作用于疟原虫的核糖体RNA大亚基的三磷酸鸟苷(GTP)酶结合区域,抑制子孢子的发育。Shaw MK等[19]证明lactacystin可以通过抑制DNA合成影响原虫的生长发育。Hager KM等[20]发现,Brefeldin A可以抑制弓形虫体内由内质网向高尔基体的物质转运,影响蛋白质的合成,破坏高尔基体,并引起核膜胀裂。Madison MN等[21]认为,人类defensin α-1通过形成膜孔引起膜的结构破坏,尔后进入细胞诱导核DNA和κ-DNA断裂,抑制克氏锥虫的发育。此外,抗菌肽还能通过诱导NO合酶的表达作用于疟原虫[22],抑制其生长发育。综上所述,抗菌肽不仅对原虫细胞膜造成损伤,而且对胞内细胞器、核酸及物质转运均有影响。细胞膜到细胞器的损伤是否是一个连续的过程,还有待于进一步研究。

3 抗菌肽研究存在问题及抗原虫作用前景

抗菌肽虽然已显示出种种优势,但在实际应用过程中还存在许多问题需要解决:(1) 来源问题:天然抗菌肽来源十分有限,其在生物体内含量极低,提取过程中还会有损失,而化学合成方法成本太高,无法满足研究和临床应用的需要。通过基因工程人工合成是目前获得抗菌肽的首选方法,天然抗菌肽基因可通过RT-PCR差异显示技术和筛选cDNA文库等方法来获得。由于抗菌肽存在天然的抗细菌、抗病毒能力,使其难以用常用的细菌、病毒作为表达体系,一般都选择酵母菌,或者使抗菌肽以融合蛋白的形式表达,但这样又增加了后加工的难度。(2) 活性问题:天然抗菌肽在生物体内已经经过合成后加工修饰,具有一定的空间结构,而其抗菌活性与肽分子的空间结构密切相关,体外合成的抗菌肽与天然抗菌肽虽然一级结构一致,但空间结构却与天然抗菌肽相差很大,因此活性较差。另外抗菌肽在体内容易被蛋白酶水解,影响基因的表达水平,因此需用脂质包涵体或对其进行化学修饰来保护。(3) 降低细胞毒性问题:某些抗菌肽抗菌谱广、杀伤力强,但其对哺乳动物细胞也有一定的细胞毒性,如何在保持其结构与活性的同时降低细胞毒性也是需要解决的问题。(4) 临床应用问题:目前抗菌肽基础研究多,体内实验和临床试验较少,因此,对其用药途径、用药剂量以及在体内的代谢过程还不是很清楚。此外,由于目前多采用动物抗菌肽,其是否会引起机体过敏反应还不得而知。抗菌肽的商品化道路曲折漫长,还需要进行大量的基础性研究。

以往抗菌肽的研究主要集中在抗细菌、抗病毒、抗肿瘤、抗真菌作用,对于抗原虫方面的研究还较少,目前发现抗菌肽对疟原虫、锥虫等多种原虫都有抑制作用。由于抗菌肽可以选择性作用于原虫,而对宿主细胞几乎没有损伤,给抗原虫新药的开发带来了希望。随着生物技术的不断发展,抗菌肽凭借自身的独特优势,将成为极具应用潜力的新型广谱抗原虫药物。

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