肽抗生素及其作用機制

肽抗生素及其作用機制肽抗生素是生物界中廣泛存在的一類具有一定生物活性的肽，一般具有抗細菌或真菌的作用，有些還具有抗原蟲、病毒或癌細胞的功能。屬于此類的抗生素有粘菌素、多粘菌素B、桿菌肽、維吉尼亞霉素、持久霉素、硫肽霉素、蜜柑霉素及阿伏霉素等。多數(shù)肽抗生素對革蘭氏陽性菌有較強的殺菌作用，個別則對革蘭氏陰性菌和綠膿桿菌有作用。其作用機制包括干擾細菌細胞膜或蛋白質(zhì)合成功能。其結(jié)構復雜，作用機制缺乏特異性，故細菌難以產(chǎn)生耐藥性，且與其他類抗生素不易產(chǎn)生交叉耐藥性。在正常使用量下不必考慮在畜禽產(chǎn)品中的殘留問題，這一優(yōu)點擴大了它們的使用范圍，是一類非常理想的飼料添加劑。1、肽抗生素的種類肽抗生素研究的真正興起是從20世紀80年代。自1980年，Boman等從美國天蠶蛹中分離得到了具有抗菌活性的多肽-Cecropins后，人們相繼從細菌、真菌，到兩棲類、昆蟲、高等植物、哺乳動物、直至人類體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了肽抗生素。1.1按照化學結(jié)構分類1.1.1具有螺旋結(jié)構的線性多肽該類肽抗生素一般含有37?39個氨基酸殘基，不含半胱氨酸，其N端具有強堿性，可形成近乎完美的雙親螺旋結(jié)構，而在C端可形成疏水螺旋，兩者之間有甘氨酸和脯氨酸形成的鉸鏈區(qū)，多數(shù)肽的C端被酰胺化，酰胺化對其抗菌活性具有重要作用°Cecropins是第一個被發(fā)現(xiàn)的動物肽抗生素，Magainins也是較早被發(fā)現(xiàn)的一類具有雙親螺旋結(jié)構的肽抗生素。最初是從贍蜍的皮膚中分離得到的，后來在哺乳動物的神經(jīng)組織和腸組織中發(fā)現(xiàn)了其類似物。Magainins對革蘭氏陰性菌、陽性菌、真菌、原生動物都有殺傷作用，但是對革蘭氏陰性菌的活性比Cecropins要低10倍左右。此外，從一些動物的再生性器官和兩棲動物的多種組織器官中分離得到了一些具有螺旋結(jié)構的多肽，如來源于南美蛙的Demaseptin和來源于樹蛙的Dombininho1.1.2富含某種氨基酸的線性多肽如Apidaecins是從蜜蜂中分離得到的富含脯氨酸的多肽抗生素，一般含有16?18個氨基酸殘基，其中脯氨酸含量高達33%；Drosocin是來源于果蠅的一種富含脯氨酸的多肽抗生素，在結(jié)構上與Apidaecins具有一定的相似性，但是在其11位的蘇氨酸羥基上連接著一個O—二糖鏈（一N一乙酰半乳糖胺一半乳糖）oCo1eoptericin和Hemiptericin分別來源于鱗翅目和半翅目昆蟲，一級結(jié)構中富含甘氨酸，分子量一般較大。lndolicidin是來源于牛中性粒細胞的多肽抗生素，因其13個氨基酸中含有5個色氨酸，其C端是酰胺化的，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都具有很強的殺菌活性。1.1.3含有一個二硫鏈的多肽這類肽抗生素數(shù)量很少，第1個被發(fā)現(xiàn)的是Bactenecin，來源于牛中性粒細胞。其12個氨基酸中含有4個精氨酸，在其第2位和第11位氨基酸殘基間形成二硫鍵。Bactenecin對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都有活性。這類多肽中還包括一些來源于蛙類皮膚的多肽抗生素，一般在C端有一個由7個氨基酸組成的“l(fā)oop”和一個長的N端“尾巴”，如Brevinin一1，Brevinin—2o1.1.4含有兩個或兩個以上二硫鍵的多肽這類多肽的典型代表是Defensins，最初發(fā)現(xiàn)的a—defensins來源于哺乳動物的組織中，一般含有29?34個氨基酸殘基，其中6個穩(wěn)定的半胱氨酸形成3個分子內(nèi)二硫鍵。此外，其第6位和第15位的精氨酸，第24位的甘氨酸也是穩(wěn)定的°Thionins是一類來源于植物的多肽抗生素，含有45?47個氨基酸殘基，有6個或8個半胱氨酸形成的3個或4個二硫鍵。Thionins抑制多種植物致病細菌和真菌，但是對假單孢菌屬和歐文氏菌屬的細菌不起作用。1.1.5羊毛硫抗生素羊毛硫抗生素(Lantiblotics)是由細菌產(chǎn)生的，其中研究最多的是來源于乳酸菌的多肽抗生素nisin，主要對革蘭陽性菌起作用，而對革蘭陰性菌不起作用。1.2按功能分類大致可以將肽抗生素分為：生理活性肽(包括抗菌肽及抗病毒肽、神經(jīng)活性肽、激素調(diào)節(jié)肽、免疫活性肽等)、呈味肽、抗氧化肽、營養(yǎng)肽1.等。1.3按作用機理分類肽抗生素又可分為裂解細胞膜的裂解多肽和非裂解肽。但由于一些多肽同時具有多種生理活性，實際上不容易分清。多肽抗生素已經(jīng)開始用于飼料、醫(yī)藥、食品和植物抗病基因工程等方面，有著很大的發(fā)展?jié)摿Α?肽抗生素的作用機制2.1抗菌活性大多數(shù)肽抗生素都具有抗細菌的作用。乳鏈菌素是由乳酸球菌產(chǎn)生的多肽，它是酸性分子，有很強的抗腐敗菌的活性，而且具有抑制梭菌和桿菌形成芽胞的能力。從乳鐵蛋白中獲得的抗菌肽是一種可以結(jié)合鐵的糖蛋白，具有抗細菌作用。目前認為Cecropin、Smagainins、Defensins等許多可形成雙親螺旋結(jié)構的多肽抗生素是通過作用于細菌的細胞膜，在膜上形成離子通道，引起胞內(nèi)物質(zhì)的外排而殺死細菌的。目前應用最多的一種多肽類抗生素一桿菌肽(Bacitrcin)的抗菌譜與青霉素G相似，主要對革蘭氏陽性菌(包括需氧菌或厭氧菌、有芽胞形成或無芽胞形成菌)有抗菌作用。此外，對少數(shù)陰性菌、螺旋體和放線菌以至對耐青霉素的葡萄球菌也有效，且與其它抗生素無交叉耐藥性。許多肽抗生素除了具有抗細菌的活性外，還具有抗真菌的作用。持久霉素(Enramycin)主要對革蘭氏陽性菌有效，對耐藥性的葡萄球菌的其它菌株也有較強的抗菌作用，對革蘭氏陰性菌無效，不會助長R因子的耐藥性，且與人用抗生素無交叉耐藥性。2.2免疫活性Samor。等發(fā)現(xiàn)，人乳和牛乳酪蛋白受胰蛋白酶作用后可釋放免疫調(diào)節(jié)肽，這些肽以及人工合成的肽在體中有明顯的促進人、綿羊吞噬細胞活性的作用，增強淋巴細胞轉(zhuǎn)移與淋巴因子釋放。Marugama等(1995)從牛酪蛋白酶解產(chǎn)物分離出凝血酶原肽(CEI)，為血管緊張素I轉(zhuǎn)換酶(ACE)的抑制劑，ACE可激活血管緊張素II與舒緩激肽，后者影響免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。高萍等(2000)研究表明，注射一定劑量的豬胰多肽粗品,可提高仔豬免疫力。Hyown、Joren等從牛乳中分離出可抑制腫瘤生長的肽。他們通過在體外克隆與鼠胚胎成纖維細胞、鼠淋巴細胞、人胃癌細胞共同孵育發(fā)現(xiàn)，可以產(chǎn)生細胞毒性物質(zhì),抑制腫瘤細胞生長。2.3抗氧化作用存在于肌肉中的肌肽，可在體外抑制鐵紅蛋白、脂氧化酶和單態(tài)催化的脂質(zhì)氧化作用；還可作為貯存熟肉的氧化型酸肽抑制劑。Boldyrew(1988)等報道，肌肽具有抗氧化作用，可以抑制鐵、銅、肌紅蛋白和脂肪氧化酶引起的氧化反應，而游離的丙氨酸和組氨酸卻沒有抗氧化作用°Decker等(1991)研究發(fā)現(xiàn)，肌肽可以抑制體內(nèi)由鐵、血紅素蛋白、脂肪氧化酶和單質(zhì)氧催化的氧化反應。某些肽和蛋白水解物是重金屬清除作用的過氧化氫分解促進劑，從而降低氧化速率和減少脂肪過氧化氫含量?？寡趸奶烊环栏瘎┯锌赡艹蔀閯游镲暳虾腿祟愂称肥袌鲋芯哂兄卮笠饬x的開發(fā)產(chǎn)品。2.4結(jié)合礦物質(zhì)由裂解酪蛋白獲得的肽可結(jié)合和運輸二價礦物質(zhì)離子，如乳蛋白是礦質(zhì)結(jié)合肽的主要來源。牛乳蛋白含有磷酸肽，其活性中心是磷酸化的絲氨酸和谷氨酸簇，酪蛋白磷酸肽呈中性和堿性時，通過磷酸絲氨酸與鈣、鋅、鐵等離子結(jié)合，由小腸壁細胞吸收后再釋放進入血液，從而避免了這些離子在小腸的中性和偏堿性環(huán)境中沉淀，促進了它們的吸收。張亞非等（1994）用斷乳大鼠進行生長和代謝試驗，研究酪蛋白磷酸肽對大鼠鈣吸收和儲留的影響。發(fā)現(xiàn)添加占飼料含量0.5%的酪蛋白磷酸肽使大鼠鈣吸收率和鈣儲留率分別提高5.13%和6.08%。有人用含有酪蛋白磷酸肽的食物飼喂大鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其大腿骨骼中標記鈣的量明顯高于對照組。此后通過對大鼠、小鼠、雞、豬的試驗都證明酪蛋白磷酸肽具有促進鈣、鋅、鐵吸收的功能。2.5殺蟲、抗病毒的作用一些多肽抗生素可以有效地殺滅寄生于人類或動物的寄生蟲。Shiva-I（一種cecropin的類似物）可以殺死瘧原蟲；一種ceropin/melittin的雜合肽可以殺傷萊什曼鞭毛蟲。目前發(fā)現(xiàn)多肽抗生素可以3種不同的機制起到抗病毒的作用。第一種是通過多肽抗生素直接與病毒粒子相結(jié)合而發(fā)揮作用。如a-defensins，modelin-1等對皰疹病毒的作用，plyphemusins對HIV病毒的作用；第二種是抑制病毒的繁殖，如mellotin和cecropinA對HIV病毒的作用；第三種機制是通過模仿病毒的侵染過程而起作用，如melititn及其類似物K71的結(jié)構與煙草花葉病毒核衣殼與mRNA相互作用的區(qū)域具有相似性，通過干擾病毒的組裝而對病毒產(chǎn)生作用?？股貜幕瘜W結(jié)構上分為。一內(nèi)酰胺類，氨基糖苷類，大環(huán)內(nèi)酯類，四環(huán)素類，氯霉素類，利福霉素類以及其它類。頭孢菌素類屬于。一內(nèi)酰胺類抗生素，頭孢菌素類是一類廣譜半合成抗生素，其母核為7-氨基頭孢烷酸（7-ACA），由頭孢菌素C裂解獲得。與青霉素類抗生素化學結(jié)構相同之處是均有一個。_內(nèi)酰胺環(huán)，不同的是另一個環(huán)不是噻唑環(huán)而為六元雙氫噻嗪環(huán)。頭孢菌素已發(fā)展有四代，比較每代的特點下：第一代頭孢菌素：藥物有頭孢噻吩（cefalothinX頭孢唑啉（cefazolinX頭孢氨芐（cefalexin）等;該類頭孢菌素對G+菌包括耐藥金葡菌的抗菌作用強于第二至第四代；對G-菌作用弱，對銅綠假單胞菌、厭氧菌無效;對青霉素酶較穩(wěn)定，但對各種b_內(nèi)酰胺酶穩(wěn)定性遠比二至四代差；組織穿透力差，腦脊液濃度低；對腎臟有一定的毒性。主要用于耐藥金葡菌及敏感菌所致的輕、中度感染，如呼吸道、尿路感染及皮膚、軟組織感染等。第二代頭孢菌素：藥物有頭孢呋辛(cefuroximeX頭孢孟多(cefamandole)、頭孢克洛(cefaclor)、頭孢丙烯(cefprozil)等；前二者為注射制劑，后兩者為口服制劑。對G+菌作用比第一代稍遜；對G-菌作用比第一代強；對銅綠假單胞菌無效，但頭孢孟多對厭氧菌有效；對多種b_內(nèi)酰胺酶比較穩(wěn)定；腎臟毒性降低。主要用于敏感陽性和陰性菌，尤其是產(chǎn)酶耐藥的陰性菌所致的呼吸道感染、膽道感染、骨關節(jié)感染及皮膚軟組織感染、泌尿道感染、婦產(chǎn)科感染及耐青霉素淋球菌感染等。第三代頭孢菌素：藥物有頭孢噻肟(cefotaximeX頭孢曲松(ceftriaxoneX頭孢他定(ceftazidimeX頭孢哌酮(cefoperazone)等對G+菌抗菌作用不及1~2代；對G-菌抗菌作用明顯超過1?2代，包括腸桿菌科、銅綠假單胞菌及厭氧菌均有較強作用；對多種b_內(nèi)酰胺酶特別對G-桿菌產(chǎn)生的廣譜6_內(nèi)酰胺酶高度穩(wěn)定;體內(nèi)分布廣，組織穿透力強，有一定量滲入腦脊液；對腎臟基本無毒，性；主要用于重癥耐藥G-桿菌感染。第四代頭孢菌素：頭孢匹羅(cefpirome)、頭孢毗肟(cefepime)、頭孢利定(cefolidinX頭孢噻利(cefoselis)具有第三代頭孢菌素對革蘭陰性菌較強的抗菌作用；對G+菌的作用比第三代增強；對。_內(nèi)酰胺酶尤其是超廣譜質(zhì)粒、染色體介導的酶穩(wěn)定；有些藥物如頭孢地嗪還能增強機體防御功能，刺激吞噬細胞殺菌作用；無腎臟毒性；主要用于重癥耐藥G-桿菌感染，特別是威脅生命的嚴重革蘭陰性桿菌感染及免疫功能低下的重癥；為提高療效，銅綠假單胞菌感染可合用抗銅綠假單胞菌的廣譜青霉素或氨基苷類抗生素；厭氧菌混合感染可合用甲硝唑。一、大環(huán)內(nèi)酯類抗生素大環(huán)內(nèi)酯類抗生素是一類均具有14-16元大環(huán)內(nèi)酯環(huán)狀化學結(jié)構的抗生素。包括：第一代大環(huán)內(nèi)酯類：14元環(huán)：紅霉素16元環(huán)：乙酰螺旋霉素、麥迪霉素、吉他霉素、交沙霉素14元環(huán)：羅紅霉素、克拉霉素第二代大環(huán)內(nèi)酯類：15元環(huán)：阿奇霉素16元環(huán)：羅他霉素(一)第一代大環(huán)內(nèi)酯類紅霉素(Erythromycin)紅霉素是于1952年從紅鏈絲菌的培養(yǎng)液中提取的14元環(huán)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素［體內(nèi)過程］吸收：紅霉素為堿性不耐酸，口服用腸溶片在小腸崩解吸收，酯化物制劑有相當?shù)哪退崮芰σ嘁子谖?；分布：廣泛分布于各種組織及體液中，尤以膽汁中分布濃度高，但不易透過血腦屏障；消除：主要經(jīng)肝臟代謝，膽汁排泄，肝功能不全者藥物排泄速度減慢。［抗菌作用］抗菌譜：紅霉素對金葡菌、表葡菌、鏈球菌及革蘭陽性桿菌均有強大的抗菌活性；對某些革蘭陰性菌如腦膜炎球菌、淋球菌、百日咳桿菌及布魯桿菌有較強抗菌作用；對軍團菌、彎曲桿菌亦有較強抗菌作用；本品對各種厭氧菌亦有相當?shù)目咕钚?，但革蘭陰性厭氧桿菌如脆弱類桿菌、梭桿菌屬除外；對螺旋體、肺炎支原體、立克次體、衣原體也有抑制作用，抗菌機理作用于細菌核糖體50S亞基，抑制肽?；D(zhuǎn)移酶，阻止轉(zhuǎn)肽作用和mRNA位移，抑制細菌蛋白質(zhì)的合成。［耐藥性］細菌對紅霉素易產(chǎn)生耐藥性，但停藥可恢復；本類藥物存在不完全交叉耐藥性：對紅霉素耐藥的菌株對其他第一代大環(huán)內(nèi)酯類仍敏感；對第一代大環(huán)內(nèi)酯類耐藥的菌株對第二代仍敏感；對第二代大環(huán)內(nèi)酯類耐藥的菌株對第一代也耐藥；耐藥機制：改變靶位結(jié)構：23S核糖體RNA腺嘌呤甲基化是最常見的耐藥機制；細菌胞膜對藥物的通透性降低：藥物滲入菌體內(nèi)減少；主動流出增加：細菌通過主動流出系