[发明专利]防御素及其在制备抗菌药物中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及防御素及其在制备抗革兰氏阴性菌和阳性菌药物中的应用。具体地，涉及利用小球藻生产的防御素mNP-1，及其在制备抗革兰氏阴性菌和阳性菌药物中的应用。

背景技术

防御素的结构特点及分类

防御素是一类广泛存在于动物、植物和人类体内具有微生物抗性的阳离子小肽。防御素一般由29-54个氨基酸组成，分子量为3-6KD。在结构上具有以下共同特点：(1)带正电荷，(2)富含精氨酸，(3)具有一定数目的保守的半胱氨酸，(4)通过半胱氨酸分子形成分子内二硫键，使肽环合形成反向平行的β片层结构。自1985年美国加利福尼亚大学Lehrer教授对其命名以来(Selsted et al.，1985)，受到国内外科学家的广泛关注。根据分子大小、结构与功能的差异，可将防御素大致分为四类：α防御素、β防御素、昆虫防御素与植物防御素。基于半胱氨酸残基的间距和二硫键的形式，哺乳动物的防御素可分为三类：α防御素、β防御素和θ防御素。哺乳动物的防御素由18-42个氨基酸组成，其中6个保守的半胱氨酸形成了3对二硫键，使肽链折叠成β片层结构。α防御素由29-36个氨基酸组成，二硫键的连接方式为1-6、2-4、3-5；β防御素由38-42个氨基酸组成，二硫键的连接方式为1-5、2-4、3-6，β防御素中还有一个脯氨酸和甘氨酸；1999年从非人灵长类恒河猴中发现了新的一类防御素——由18个氨基酸残基组成的环状θ防御素，它们是由两个不同的截短的α防御素类肽连接而成。

防御素在人体中广泛分布，人体中α防御素有6种，其中4种即HNP1-4主要产生于粒细胞，2种HD5-6主要产生于潘氏细胞；人类基因组有28个β-防御素基因，在人类和鼠类已经鉴定出超过35个β-防御素基因。防御素的表达与病源微生物的入侵是紧密相关的，例如在透析病人的腹腔中同时发现有α防御素与β防御素，又如细菌性脑膜炎患儿的脑脊髓液中防御素的浓度比非细菌性脑膜炎高150倍。眼内防御素的表达研究表明，防御素在泪液中的含量与感染时的表达不同。研究表明防御素在人体防病抗病中起着非常重要的作用。

到目前为止，分离到的兔防御素有9个，其中7个为α防御素：NP-1，NP-2，NP-3a，NP-3b，NP-4，NP-5和Corticostatin VI，产生于粒细胞。另外2个兔防御素：RK-1和RK-2，来自于兔肾细胞。α-防御素NP-1比人防御素HNP-1的抗菌活性强5～10倍，两者间的这一明显差异被归结为它们的分子净电荷性质：在NP-1分子中含有9个净正电荷，而在HNP-1分子中仅含有3个净正电荷。目前，从生物体中分离到的防御素已达30多种，其中兔防御素(Netrophile Peptide-1，NP-1)的抗性谱最广。兔防御素NP-1由33个氨基酸组成，属于α-防御素，有6个半胱氨酸，它们形成3个二硫键，连接位置分别为1-6，2-4，3-5(Ganz，1989)。它对梅毒螺旋体、很多革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌和病毒有显著的抑制或毒杀效应。

防御素抗微生物机理

在动植物及人体内，防御素含量极其少，却执行着机体重要的防御功能。与传统抗生素相比，防御素有其独特的抑制机理。防御素的抗菌作用机理为：它依靠静电作用，通过本身所带的正电荷与带负电荷的微生物细胞膜相互吸附，即防御素与革兰氏阴性菌的脂多糖(LPS)、革兰氏阳性菌的脂磷壁酸等阴离子分子作用而附着在靶细胞表面，二聚或多聚的防御素穿膜形成瞬时的或稳定的跨膜离子通道(兔防御素NP-1形成瞬时的，人防御素HNP-1形成稳定的跨膜离子通道)，导致细胞内溶液外渗，从而扰乱了细胞膜的通透性及细胞能量状态，导致细胞膜去极化，呼吸作用受到抑制以及细胞内ATP含量下降，最终导致靶细胞死亡。防御素的抗病毒作用则是通过与病毒外壳蛋白结合而导致病毒失去生物活性。正是由于这种特殊的作用机理，目的微生物难以产生抗防御素的抗性突变，因此防御素被认为是一种新型低耐药性甚至无耐药性的抗感染肽类。

不同防御素的抗微生物活性