全 文 ：生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN·综述与专论· 2009年第 1期
收稿日期：2008-10-18
作者简介：吴甜甜（1982-），女，在读研究生，研究方向：生化制药；E-mail:momowutiantian@126.com
天然抗菌肽（Antimicrobial peptides，AMPs）是生
物体经诱导产生的具有抗菌活性的一类小分子多
肽，来源广泛，其分子量小，大约在 3~6 kD 之间，耐
热、耐酸性强，水溶性好，显示出高速的杀菌能力和
广谱的抗菌活性，包括革兰氏阳性菌、革兰氏阴性
菌、真菌、寄生虫、病毒和肿瘤细胞 [1]。 天然抗菌肽
具有高效、低毒、无污染等特点，极有可能成为新一
代绿色环保抗菌新药物，在畜牧业、养殖业、食品业
中也会有广泛的应用前景。简要综述了天然抗菌肽
的分类、 生物活性及其作用机理和广阔的应用前
景。
1 天然抗菌肽的分类
天然抗菌肽种类繁多 ，根据其二级结构 、结构
特点和来源等可以有不同的分类方式。
1.1 根据二级结构特点
由于大多数抗菌肽的二级结构中都有 a-螺旋
和 β-折叠， 因此可以依据其二级结构特点将其分
为 a-螺旋型、β-折叠型和环链结构型。 a-螺旋型抗
菌肽主要包括天蚕素、 爪蟾抗菌肽、cathelindia 等。
典型的 β-折叠型抗菌肽是动物防御素。 除了防御
素外， 来自猪的 Protegrins 和马蹄蟹的 tachyplesins
等也具备 β-折叠结构 [2]。
1.2 根据结构特点
根据抗菌肽的结构特点和抗菌性等，将动物性
抗菌肽分为 4 类 ：（1）天蚕素类 （Cecropins）由瑞典
科学家 Boman 等人与 1980 年于天蚕蛹中分离得到
的 [3]。 该类多肽抗生素一般含有 37～39 个氨基酸残
基，其 N 端具有强碱性，形成双亲螺旋结构，C 端可
形成疏水螺旋并被酞胺化，酞胺化对其抗菌活性具
有重要作用 ；（2）防御素类（Defensins）是 1980 年洛
天然抗菌肽的研究进展及应用前景
吴甜甜 杨洁
（新疆大学生命科学与技术学院，乌鲁木齐 830046）
摘 要： 天然抗菌肽是生物体内经诱导产生的一种具有抗菌活性的小分子多肽，来源广泛。 目前已从多种物种中
分离纯化出千余种抗菌肽，其分子量大约在 3~6 kD之间，由 20~60个氨基酸残基组成。天然抗菌肽具有多种生物活性，如
抗细菌、抗真菌、抗病毒和抗癌细胞等作用。 综述了天然抗菌肽的分类、生物活性及其作用机理和应用前景。
关键词： 抗菌肽 分类 生物活性 作用机理
Progress in Investigation of Natural Antimicrobial Peptides and
Application Prospect
Wu Tiantian Yang Jie
（Life Science and Technology College of Xinjiang University，Urumqi 830046）
Abstract： Natural Antimicrobial peptides （AMPs），a family of short-chain peptides with antibacterial activity，are
widely spread in biological universe. At present，there are more than one thousand antimicrobial peptides that have been
soluted and purified from many species， the molecular mass of which range from about 3~6kD and composing of
20~60 amino acids. Natural Antimicrobial peptides have many activities，such as antiviral activity，antifungal activity，
antimicrobial activity and anticancer activity. This article summarized the categorization，biological activity，antibacterial
mechanism and prospective application of natural antimicrobial peptides.
Key words： Antimicrobial peptides Categorization Biological activity Antibacterial mechanism
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2009年第 1期
杉矶 Leherer 实验室首次从兔肺巨噬细胞中发现两
个阳离子性极强的小分子抗菌肽，其后又发现一系
列一级结构相似的小肽分子。所有的防御素都有一
个共同的 6 个半胱氨酸基序列，它们形成 3 个分子
内二硫键，呈反向平行折叠结构，对革兰氏阳性菌
（G+）有强抗菌活性 ，对革兰氏阴性菌 （G-）的抗菌
活性较弱；（3）蛙皮素类（Magainins）富含 pro 残基，
是费城 Zaslof 研究组于 1987 年发现， 此后相继发
现了多种蛙类抗菌肽， 如在非洲爪蟾中就有 10 多
种抗菌肽，不仅在皮肤颗粒腺表达，也有存在于胃黏
膜和小肠道细胞。 蛙类抗菌肽具有协同效应，但不同
的蛙类抗菌肽很少具有同源性；（4） 蜂毒素（Melittin）
富含 Gly 残基，是蜜蜂毒液中的一种多肽 [4]，是从欧
洲蜜蜂 Apis mellifera 中分离到的一个 26 个残基的
肽，是蜂毒的一种主要组成成分，除具有溶血活性
外，还具有抗微生物的特性。
1.3 根据来源
最早发现的抗菌肽来自植物的硫素 （thionin），
实验证明其能杀死多种病原菌的活性，且对植物具
有保护功能 [5]。 随后从植物、动物以及一些微生物
中都发现了抗菌肽 [6]。 根据抗菌肽的来源，可以将
其分为哺乳动物抗菌肽、水生动物抗菌肽、两栖类
抗菌肽、昆虫抗菌肽、植物抗菌肽和细菌抗菌肽等
[7]。
2 抗菌肽的生物活性
抗菌肽具有广谱抗菌活性，很多抗菌肽不仅能
杀死细菌，而且对真菌、原生动物、包被病毒以及恶
性细胞具有细胞毒性。 抗菌肽与传统抗生素相比，
抗菌肽的抗菌作用有以下特点：（1）抗菌谱广，对 G+、
G-真菌都有高效的抗菌作用。 （2）杀菌快速，大多
数抗菌肽都可以在 5 min 内引起细胞的死亡 ；（3）
作用专一，原核生物，肿瘤细胞与正常的真核细胞
膜结构不同，抗菌肽可以选择地作用于原核细胞肿
瘤细胞，而对正常细胞的作用不明显；（4）不产生耐
药性；（5）无致畸作用 ；（6）不易产生蓄积中毒。 下
面主要介绍抗菌肽的几种主要的生物活性 [2]。
2.1 抗细菌、抗真菌活性
绝大多数抗菌肽具有抗革兰氏阳性，革兰氏阴
性细菌和真菌的活性。 Magainins 是爪蟾产生的含
21～27 个氨基酸的一类碱性无半胱氨酸的抗菌肽，
微克分子浓度的 Magainins 就能杀死革兰氏阳性 、
阴性细菌、真菌。 昆虫抗菌肽 [8]偏好杀死革兰氏阳
性菌；天蚕素 P1 偏好杀死革兰氏阴性细菌 [9]；植物
抗菌肽等偏好杀死真菌 [10]。
2.2 抗病毒活性
研究表明， 蜂毒素在亚毒性浓度下可以抑制鼠
逆转录病毒、烟草花叶病毒[11]、单纯疱疹病毒（HSV）[12]
和 HIV-1 病毒的复制 [13]。 天蚕素类对真核细胞无毒
性，对 HIV-1 有明显的抑制作用 [13]。 6 种蛙皮素和
其中的 2 种组合能够对 HSV-1 和 HSV-2 的复制都
有抑制作用 [14]。 南美树蛙皮肤中分离的抗菌肽 De-
rmaseptins S4 在体外对 HSV-1 有明显的杀灭作用 [15]，
对 HIV-1 也有抑制作用 [16]。 哺乳动物中分离出来的
防御素对多种哺乳动物病毒都有抑制或杀死作用，
如 HSV 病毒 、 疱疹性口腔炎病毒 、A 型流感病毒
等， 但对无包膜病毒艾柯病毒-11 和呼肠孤病毒-3
无抑制作用 [17]。 研究发现 ，人 α-防御素-l、α-防御
素-2、α-防御素-3 具有灭活 HIV-l 的作用 [15，16]。
2.3 抗肿瘤活性
膀胱癌来源的细胞系在转天蚕素和蜂毒素基
因后， 其致癌能力完全丧失或降低。 1 μg ／ ml 的人
源性抗菌肽与肿瘤细胞作用 14 h 有明显的抑癌作
用。 天蚕素、爪蛙素、鼠抗菌肽 NP-1 和 NP-2 及人
抗菌肽 HNP-1 均对纤维瘤细胞、宫颈癌细胞、肺癌
细胞具有一定的杀伤能力 [2]。 中国鲎肽能和整联蛋
白结合序列 RGD 结合， 表明它是通过破坏细胞膜
并诱导细胞凋亡抑制肿瘤细胞和内皮细胞的增殖，
而改造的抗菌肽 DPI 能够激发肿瘤细胞快速的凋
亡 [18]。
2.4 促进伤口愈合
研究发现 ， 部分抗菌肽能够促进肉芽组织增
生，加快创面愈合，原因是抗菌肽能够刺激纤维母
细胞、淋巴细胞和血管内皮细胞的增殖 [2]。
3 作用机理
3.1 抗细菌机理
据文献报道 [19]，抗菌肽的作用机理归纳起来有
3 类：（1）抗菌肽穿过细胞膜后与细胞内目标特异性
结合所产生的破坏， 包括抑制 DNA、RNA 的合成，
抑制蛋白质的合成等，或者在细胞膜上打孔导致细
胞膜通透性增大，从而破坏细胞膜的完整性而致靶
28
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细胞死亡；（2）阻断细胞膜组分合成或者抑制呼吸等
机制致靶细胞死亡；（3）作用于宿主细胞，激活机体
免疫功能。
3.2 抗真菌机理
人们对抗真菌的机理进行的研究结果表明，抗
真菌机理主要有：阻止、破坏真菌细胞壁的合成；如
棘球白素（echinocandins）是（1，3）-β-葡聚糖合成酶
的非竞争性抑制物，通过抑制葡聚糖的合成抑制真
菌细胞生长；与真菌细胞内线粒体、核酸等大分子
细胞器相互作用，最终导致真菌死亡；与膜作用，在
脂膜上形成孔洞，使重要的内容物外泄 [20]。 线性、α-
螺旋肽与膜作用主要有两种机制：孔洞模型和毯式
模型。
3.3 抗病毒机理
Dather KA 研究发现， 抗菌肽中和病毒的程度
与其浓度及分子内二硫键的完整性有关。 另外，还
受接种时间、pH、温度以及培养液成分等因素的影
响。 目前已经证明有 3 种抗菌肽抗病毒的机制 [21]。
其中包括直接与病毒粒子结合而抗病毒；抑制病毒
的繁殖而抗病毒；模仿病毒的侵染过程而抑制或杀
死病毒 [20]。
3.4 抗肿瘤机理
肿瘤细胞的细胞骨架系统发育不完善，抗菌肽
可以插入到细胞质膜， 使细胞的双分子层发生溶
解，微管崩解，完整性被破坏 [2]。 此外 ，抗菌肽能使
癌细胞膜上形成孔洞，内容物外泄，线粒体空泡化，
嵴脱落，核膜界限模糊不清；有的核膜破裂，核染色
体 DNA 断裂，抑制染色体 DNA 的合成 [22]。 有实验
研究还证明抗菌肽可以调动机体的免疫功能来抵
抗肿瘤的入侵。
4 应用前景及其展望
抗菌肽以其广谱抗微生物、作用快、安全、无残
留、能够刺激免疫反应和对环境有较强的抗性 [4]等
特点将被广泛的应用在多个领域，如畜牧业 、果树
育种、食品加工业、医疗和制药等。 例如陈晓生等 [23]
报道，小鸭阶段添加抗菌肽制剂对生产性能影响明
显；马卫明等 [24]研究表明抗菌肽添加于断奶猪仔饲
料中，可减轻猪仔的腹泻。 作为小分子的抗菌肽基
因转入植物将大大提高农作物的抗病性 [25~27]。 实验
研究表明，抗菌肽与抗菌药物联用可减少抗菌药物
的用量，降低副作用。 加拿大的 IntraBiotics 公司用
protegrinⅠ开发出的喷雾制剂用于呼吸道感染及口
腔黏膜炎取得满意疗效 [28]。 传统的抗生素的抗菌谱
一般较窄，但大多数的抗菌肽具有广谱的抗病原体
活性，可抗革兰氏阳性、阴性细菌、病毒、真菌、肿瘤
和多种原虫， 这就预示着抗菌肽在治疗和预防癌
症、病毒感染等方面具有良好的应用前景。
通过微生物介导，利用基因工程技术将抗菌肽
基因转入植物和动物，可以产生抗菌肽转基因植物
和动物。 可以提高作物的抗感染率和动物的成活
率。鸡新城疫、猪瘟、乳牛乳房炎和仔猪腹泻等一直
是畜牧业和养殖业中棘手的疾病，严重影响其行业
的发展， 借鉴已成功的昆虫抗菌肽转基因工程，如
转基因马铃薯 、转基因蚊子和转基因水稻等，把特
异的抗菌肽基因转入畜禽特定细胞让其表达，从而
产生抗病新品种，不失为一条发展畜牧业和养殖业
的新思路，前景广阔 [18]。
但是目前抗菌肽的研究开发中还是有一些亟
需解决的问题，如来源问题（天然提取资源有限，成
本昂贵）活性问题和应用问题。 作为药物应用或食
品防腐剂等，还必须加强药理、药代动力学、药效 、
毒理性等的研究，以及解决毒性、稳定性、用量等问
题。
虽然小分子的抗菌肽依然有着来源有限，成本
高，提取工艺复杂，容易被酶降解等问题，但是相信
随着人们对抗菌肽的结构和作用机制了解的深入，
在此基础上对其进行人工设计和改造，抗菌肽最终
会给人类生活带来深远影响，在畜牧业、养殖业和
食品加工业等行业发挥重要作用。
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