一、转变创新理念
兽用新药研发是一个系统工程,企业应根据实际确立正确的创新理念。
首先,开发一个兽用创新药物需要高投入,且具有极大的不确定性。开发兽用创新药物的投入主要用于临床试验和上市。虽然在我国开发新药成本相对较低,但资金需求量大的特点没变。企业应该做好必要的准备。
第二,不要强求获得完全创新的新兽药。新兽药的创新性具体体现在化合物结构、适应症、中间体、制造纯化工艺、剂型和包装材料等方面。开发创新药物的技术要求极高且极全面,包括精细化工、合成、纯化、制剂、药理毒理技术、临床组织和市场策划等。企业应依据自身实力,积极与国内有实力的单位密切合作,选择适合企业发展的创新项目进行开发,这样往往能取得较好的效益。
第三,按照《兽药注册办法》和农业部442号公告“兽药分类和注册资料要求”进行系统研究并组织材料。
第四,不要急于求成,一定要按新兽药的研发规律去安排工作,不能要求从活性物质一步跨越到候选药物,应按规律进行扎实的前期研究。在新药开发阶段,由于化合物的药物代谢和毒性原因导致开发失败的占40%一60%,因此应尽可能在前期研究中,以较合适的成本获得待开发化合物的安全性、有效性和药物代谢性质的资料,以判定这个化合物或活性物质有无开发价值,并按价值大小分类管理。在临床前药效学实验方面应注意如下规律:新药药效要有特点且高于或不低于已有药物;应用公认的药效标准判定效果的好坏;已有药物疗效比较显著的话,则新药疗效的标准会比较高。从毒性试验角度看,应选择安全剂量范围大、作用选择性强的化合物进行开发。 二、体制创新
最大限度的利用、组织现有的人、财、平台资源,围绕创建若干从靶点研究到产品上市完整的新药研发平台建设,这个组合的平台应具备企业的性质,应具备合理的法人治理机构和完善的现代企业制度。 三、注意市场前景
新药是指未在我国上市销售的药品。事实上并不是所有的新药都值得投资。新药是否具有开发价值,要看其是否有较高的市场需求和较强的竞争力,疗效及辅助作用、毒性、用药的依从性、生产成本、工艺和动物产品安全等方面是否有优势,而有经验的临床兽医和集约化养殖集团公司的研究人员在这些方面很有发言权。因此,在引进或开发新品种时,最好听听相关专业兽医的意见,以了解现有品种的优缺点和市场有无新需求,而不只是从技术角度来判定产品的开发价值。
四、关注而不拘泥于国外研究进程
随着对外交流的增多,国内企业越来越注重国外,有的归国学者也带回技术或品种转让给国内企业,但千万别偏听和迷信国外,而避免影响自己的研发进程。关注国外的研究进程有助于调整和完善自己的研究思路和方法。应充分利用自身得资源优势,借助或联合国内高水平的药物研究机构、动物疫病研究所、动物福利研究机构,重视兽用药物筛选和前期研究。 五、注意研发途径 (一)加大制剂研究的力度
药物的制剂研究和生产工艺改进提高在国外制药企业中重视程度相对不够,他们的主要注意力放在开发新药上。我国兽用制药-I-_业(包括人药)虽然新药开发能力差,但长于跟踪仿制,对改进生产工艺,降低生产成本投入较多。 (二)从资源丰富的天然药用植物中寻找新药
我国有着丰富的天然药用植物,利用现代植物化学、生物化学方法从天然药物植物中寻找
新的药用化合物可能是一条捷径。国际、国内的医学领域都有这方面成功的先例,如抗癌药物紫杉醇是从太平洋冷杉的树皮中提取的,红豆杉树皮中含量也很丰富。抗疟疾药物青蒿素是从传统中药黄花蒿中提取得到的。我国传统使用的疗效显著的中药材、中成药品种众多,可以探索从中分离出一种或数种单一分子的有效成份,利用现代药理学方法阐明其机理,可能会有所收获。医学上的葛根粉针、双黄连粉针、穿琥宁粉针等已经开发成功并进入市场。 (三)充分利用生物技术,高起点利用生物技术开发新药
我国利用生物技术开发兽用新药取得了长足进步,且研究成果丰硕。如猪白细胞干扰素、精制蛋黄抗体、基因工程疫苗、转移因子、微生态制剂、益生素制剂等都已经进入市场并获得较高认可。
六、构建强—强联合的企业集团
不同企业和不同的科研院所应当以项目的形式进行强强联合,实现人才、资金、技术、设备、市场的优势互补,提高兽用药品的技术开发和技术创新实力,抵御兽药技术和兽药产品的低水平竞争。目前,国内动物药品领域已经出现了良好的强强联合态势,如中牧集团、信得华西集团、精华集团等,都在着力打造GMP后时代的动物药品竞争重舰,但这种优势还没有得到特别体现。不过,其它行业的案例已经彰显出强强联合的技术研发优势。
对我国未来新兽药研发的几点思考
由于各方面的原因,我国未来新兽药的研发还只能以仿制为主,也就是根据我国的现实情况、市场前景去研发新兽药产品,但是也要注重创新,更新创新理念,除了研发一类新药外,也应在制剂创新上下功夫,目前可能更多的应在老药的结构改造或修饰、剂型和制剂创新上多做工作,增加人力物力的投入。下面就我国未来新兽药研发的几个方面谈点个人的观点和意见。
(一)近年来国内外批准上市的新兽药
近年来美国FDA批准上市了一批新兽药和复方制剂,国内近几年也研发仿制了几种二类新兽药,这些新兽药或新制剂可供国内研发的参考(当然有的药物还在专利保护期不能仿制)。
据我国人药的报道,中药在人用药总销售额中占30%,目前中兽药只占9.9%,如果能像人药那样发展,尚有很大的潜力。有关中兽药的发展有几个问题要统一认识,才可能使中兽药得到更好的发展。 1.中兽药的主要作用和应用
中兽药具有广泛的作用,根据文献报道,可以归纳为:
①对病原体(包括病毒、细菌、寄生虫等)的直接作用。但这种作用是不强的,最强的也只能达到毫克/毫升级的水平; ②抗炎作用; ③免疫调节作用; ④抗氧化作用; ⑤抗应激作用; ⑥促生长作用。
由于中兽药对病原体的直接作用不强,主要通过机体起作用,因此作用特异性不强,应用应以预防作用为主。 2.中兽药的制剂和剂型
目前中兽药的剂型、制剂比较单一,大多为粉散剂。由于动物种类较多,机体结构、功能有很大差别,因此对中药的粉、散剂的吸收利用也有很大差别。所以,应该根据不同动物胃肠道的结构和功能加工制成不同的剂型和制剂,才能更好发挥中兽药的作用。中兽药剂型和制剂的终极目标就是要提高和保证其生物利用度,使中药的有效成分能在作用部位达到最高的浓度。
3.中兽药有效成分的提取、分离和纯化
这是有效利用中兽药的重大课题,很多人在这方面做了大量的工作,但至今还达不到满意的地步。总的认为应该利用最新的科学技术,工艺流程不能过于繁复,而且成本要比较低
廉,这也许是一个难题。具体技术不在这里展开讨论。 4.中兽药的给药方案
给药方案指给药的剂量、途径、间隔和疗程。目前中兽药给药方案的制定主要根据临床的防治效果。由于很少做药物动力学(很困难)实验,所以中兽药的给药方案很多是“经验”式的,没有很多的科学实验依据。目前的中兽药剂量不足、疗程偏短是普遍存在的问题,一般给药3~5天是不够的,如果能用药7~10天,也许效果会更好(这也许是没有根据的)。 5.中兽药的残留问题还是一片空白
不少人说中兽药无毒、无残留、无耐药性是缺乏科学根据的。曾看过报道, 52种植物有致癌作用,有些动、植物的毒素的毒性比氰化钾不知强多少倍。中兽药在动物体内如何代谢、产生什么代谢产物、那些产物有可能在可食性组织残留等等,目前知之甚少。中兽药是否也有残留问题?中兽药是否也存在食品安全问题?值得关注。 6.中兽药的现代化
中兽药需要现代化不容置疑,但是如何现代化却有许多不同的争论,不想在这里展开讨论。我认为目前应该做好如下几项工作。
①加强中兽药处方筛选研究; ②加强评价和验证中兽药作用的疾病模型的研究; ③进行中药的代谢和动力学研究; ④进行中药的血清化学和血清药理学研究。 做好这些研究工作可以为探讨中药作用的物质基础和作用机制打下基础。 (二)关于水产养殖药物的研发
根据联合国FAO的统计资料,水产动物的生产量占世界动物性蛋白产量的47%。我国的水产养殖所占的比例约为全球养殖量的80%,水产养殖水面积总数近千万公顷,已发现鱼、虾的病害200多种,若按每亩面积用药100元计,每年用药可达200亿元人民币,但目前鱼用药产值只占我国动物保健品销售额的9%,所以水产养殖动物用药有很大的潜在市
场。
水产养殖用药比陆生动物的畜禽用药存在很大的差异,所以水产用药的研发困难得多、复杂得多。其次,畜禽用药我们可借鉴发达国家的经验,可仿制他们已成功上市的产品,但是水产养殖在发达国家很少,可供借鉴的东西不多。再就是水产养殖的用药方法和途径也很困难,而且药物随时都有污染环境造成生态损害的问题。所以,水产养殖用药的研发确实是一个难题。
对于水产养殖本人不熟悉,所以对药物研发也无从说起,这里只能说点“外行”话。我想对水产养殖动物的疾病防治更应放在预防、保健上下功夫,除了加强饲养管理、改善动物福利外,把改善环境(如水质条件)放在重要位置上研究。 另外,有的水产专家认为目前应重点研究三类药物:
①代谢性疾病和营养缺乏症的防治药物; ②调节鱼类生理功能的药物; ③诱食剂、保鲜剂和风味剂。对于感染性疾病应多研发疫苗,尽量少用或不用抗菌药。 (三)关于宠物药的研发
我国的宠物药前面已说及,按调查统计目前只占动物保健品销售额的1%~2%,尚有广阔天地。人们估计5~10年后我国宠物会有较大的发展,如果我们不在这方面多点投入,将来就可能给外国占领这个市场。宠物用药基本与人相似,可以选择价格较昂贵的药物,剂型和制剂也可以考虑技术含量较高的产品,另外也不需要考虑药物残留的问题。 宠物用药除了前述抗寄生虫药、抗微生物药外,非甾体抗炎药也是常用药物,本人在几年前的文章中已介绍了不少这类产品,这里就不赘述了。 (四)关于兽用生物药物的研发
我国的兽用生物药物是比较薄弱的一环,除了常用的疫苗和少量诊断、检测试剂外,很多方面仍是空白(本人对生物药物不熟悉,下面意见是抛砖引玉。)
l.生物药物的概念
生物药物(biopharmaceuticals)包括生化药物(biochemical drugs)、生物技术药物(biotechnology drugs)和生物制品(biological products)。
生化药物是从生物体分离纯化所得,用于预防、治疗和诊断疾病的生化基本物质。 生化药物有两个基本特点:
①它来自生物体; ②它是生物体的基本生化成分。
生物技术是利用生物体或其组成部分发展产品的技术体系,包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。用生物技术研制的药物日益增多,故将这类药物另称为生物技术药物(或生物工程药物)。
生物制品主要包括疫苗、菌苗、类毒素和抗毒素等。 2.生物药物在兽药领域的主要研究动向
目前国内外在兽用生物药物的研究主要有如下几方面:
①基因工程疫苗。动物重大疫病的基因工程疫苗,例如禽流感、猪蓝耳病、口蹄疫、猪伪狂犬、狂犬病等的基因缺失疫苗。 ②多肽药物。包括多肽疫苗、抗病毒肽、抗菌肽、细胞因子模拟肽、诊断用多肽等。
③免疫增强因子。如细胞因子、干扰素、抗体等。④新型促生长剂。如激素促生长剂(生长激素等)、天然来源植物促生长剂(甜菜碱、亚麻酸、香精油等)。 ⑤抗菌促生长剂代用品。如酶制剂、微生态制剂、有机酸、寡糖、短链脂肪酸等。
生物药物发展迅速,前景看好,但是这类药物属高科技产业,需要大量人力、物力的投入,研究周期长,也有较大的风险,有条件的单位和企业可以进行适当的研发。 (五)关于复方制剂的研发
国外研发复方制剂的产品较多,我国兽药在这方面是一个弱点,应该加以重视并在政策
上给予适当的鼓励,在保证安全、有效、质量可控”的前提下,简化某些程序和要求。因为复方制剂只要配方合理、技术路线和生产工艺可行,往往可以使药效大大提高。 l.复方制剂的目的
复方制剂应该达到的目的,三个方面:
①药效学或药理学的协同作用; ②扩大药效学范围; ③减少处方中某种成分的毒副作用。
2.复方制剂举例
①药效学的协同作用。如β-内酰胺类+氨基糖苷类;磺胺类+抗菌增效剂;β-内酰胺类+β-内酰胺酶抑制剂(如阿莫西林+克拉维酸)。 ②药动学的协同作用。如β-内酰胺类+丙磺舒等。 ③扩大抗菌范围。如林可霉素+大观霉素等。 ④扩大抗寄生虫范围。如伊维菌素+吡喹酮等。
上述关于我国新兽药研发的意见,由于自己知识水平所限,准备时间也比较仓促,肯定有不少错漏之处,仅作大家参考和讨论,请同道们批评指正。
抗菌肽--新药展望
抗菌肽是生物体内经诱导产生的一种具有生物活性的小分子多肽,分子量在2000~7000左右,由20~60个氨基酸残基组成。这类活性多肽多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌等特点。世界上第一个被发现的抗菌肽的是1980年由瑞典科学家G.Boman等人经注射阴沟通杆菌及大肠杆菌诱导惜古比天蚕蛹产生的具有抗菌活性的多肽,定名为Cecropins。 抗菌肽(antibacterial peptide)拼音:kàng jūn tài
1980年后的数年间,人们相继从细菌、真菌、两栖类、昆虫、高等植物、哺乳动物乃至人类中发现并分离获得具有抗菌活性的多肽。由于最初人们发现这类活性多肽对细菌具有广谱高效杀菌活性,因而命名为“antibactetial pepitides,ABP”,中文译为抗菌肽,其原意
为抗细菌肽。随着人们研究工作的深入开展,发现某些抗细菌肽对部分真菌、原虫、病毒及癌细胞等均具有强有力的杀伤作用,因而对这类活性多肽的命名许多学者倾向于称之为”peptide antibiotics”一多肽抗生素。 概念
抗菌肽原指昆虫体内经诱导而产生的一类分子量在4KD左右,具有抗菌活性的碱性多肽物质。最初,人们在研究北美天蚕的免疫机制时,发现其滞育蛹经外界刺激诱导后,其血淋巴中产生了具有抑菌作用的多肽物质,这类抗菌多肽被命名为天蚕素(Cecropins)。后来,从其他昆虫以及两栖类动物、哺乳动物中,也分离到结构相似的抗菌多肽。迄今为止,在不同动物组织中已发现了很多具有抗菌作用的蛋白质和多肽,已有70多种抗菌多肽的结构被测定,抗菌肽的概念得到了极大的扩展。 根据抗菌肽的结构分类
可将其分为5类:(1)单链无半胱氨酸残基的α-螺旋,或由无规卷曲连接的两段α-螺旋组成的肽;(2)富含某些氨基酸残基但不含半胱氨酸残基的抗菌肽;(3)含1个二硫键的抗菌多肽;(4)有2个或2个以上二硫键、具有β-折叠结构的抗菌肽;(5)由其它已知功能的较大的多肽衍生而来的具有抗菌活性的肽。其中最早分离到的Cecropins和从非洲爪蟾中分离到的Magainins等属于第一类抗菌肽,通常也将其称为Cecropin类抗菌肽,目前对此类抗菌肽的研究也较深入。 根据抗菌肽的来源分类 可将其分为6类:
(1)昆虫抗菌肽 昆虫是种群最大的生物种类,抗菌肽的数量难以估量。现在,仅在鳞翅目、双翅目、鞘翅目和蜻蜓目等8个目的昆虫中发现超过200多种昆虫抗菌肽类物质,仅从家蚕这一种昆虫获得了40个抗菌肽基因。
(2)哺乳动物抗菌肽 1989年, 首次从猪小肠中分离到哺乳动物抗菌肽Cecropin P1。目前,从猪中分离出至少18种,绵羊中至少30种,牛中至少30种抗菌肽。人类机体中发现的防御素属于抗菌肽中的一个大家族,根据其氨基酸的空间结构和分泌部位的差别又分为三大类:人α-防御素(humandα-defensin)、人β-防御素(human β-defensin, HβD)、人θ-防御素(humanθ-defensin)[5],现已发现人防御素达35种以上,其中非常重要的防御素有10种。 (3)两栖动物抗菌肽 两栖类动物裸露的具多种功能,在皮肤的分泌物中存在的大量皮肤活性肽具有多样的生物学活性,其中大多数多肽类物质均具有一定的抗微生物活性,在进化上是一类非常古老而有效的天然防御物质,往往归为抗菌肽。在非洲爪蟾中就有十多种抗菌肽,不仅在皮肤颗粒腺表达,也有存在于胃粘膜和小肠道细胞。在非洲爪蟾皮肤中发现的小分子抗菌肽———爪蟾素(magainins)是较早发现的两栖动物抗菌肽,具有很高的抗菌活性,此后相继发现了多种蛙类抗菌肽。据不完全统计,目前已经从无尾两栖动物8个属约40多种两栖类动物的皮肤中提取出了数百种抗菌肽,APD数据库中就收录了其中的548种。大量研究发现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)鱼类、软体动物、甲壳类动物来源的抗菌肽 1986年,从豹鳎分离到一种含有35个氨基酸残基抗菌肽Pardaxin是最早从鱼类分离得到的两亲性阳离子α螺旋结构具有穿膜作用的多肽,该肽是离子型神经毒素,由该肽衍生出了一系列具有比蜂毒素抗菌活性更强,溶血活性更低的抗菌活性肽。1998年, 报道了鲶(Parasilurus asotus)受伤时上皮粘膜细胞层分泌一种19个氨基酸残基的组蛋白H2A抗菌肽parasinⅠ,具有广谱强抗菌活性,其抗菌活性是蛙皮素mainin 2的12~100倍。目前,从鱼类分离得到49种以上抗菌肽。防御素是贻贝等海洋软体动物的重要抗微生物肽,迄今发现的贻贝防御素根据其初级结构、性质和共有的半胱氨酸序列分为Defensin、mytilin和myticin 3种。虾经细菌感染后可诱导多种基因表达,其中含有多种抗菌肽基因。自1997年首次报道甲壳动物抗菌肽氨基酸全序列以来,从甲
壳类动物如对虾血细胞中分离出多种抗菌肽。
(5)植物抗菌肽 植物中也存在一些结构上与昆虫、哺乳动物防御素结构相似的植物抗菌肽,称为植物防御素。大多数植物抗菌肽对植物病原具有良好活性,部分植物抗菌肽对革兰氏阳性菌、阴性菌、真菌、酵母及哺乳动物细胞均有毒性。Thi-onins是最早从植物中分离的抗菌肽。
(6)细菌抗菌肽 细菌抗菌肽又称细菌素(bacteriocin),包括阳离子肽和中性肽,革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均可分泌。细菌中已发现的抗菌肽有杆菌肽(Bacitracin)、短杆菌肽S(Gramicidin S)、多粘菌素E(Polymyxin E)和乳链菌肽(Nisin)4种类型。目前,APD数据库中就收录的细菌素有119种,其中乳酸链球菌肽nisin是由乳球菌产生的含3~4个氨基酸残基的短肽,它是一种耐酸性物质,即使在胃这样低pH环境中稳定性也很高,能抑制革兰氏阳性菌如梭状芽孢杆菌和李氏杆菌。Bacillus spp.产生的杆菌肽mersacidin对“超级耐药菌”———耐甲氧西林葡萄球菌(MRSA)具有良好的抑制作用,通过腹腔给药可以清除MRSA感染小鼠血液、肺、肝、肾、脾等脏器中的细菌,并且对小鼠各器官没有造成明显的损害。 生物学效应
抗菌肽具有广谱抗菌活性,对细菌有很强的杀伤作用,尤其是其对某些耐药性病原菌的杀灭作用更引起了人们的重视。
除此之外,人们还发现,某些抗菌肽对部分病毒、真菌、原虫和癌细胞等有杀灭作用,甚至能提高免疫力、加速伤口愈合过程。
抗菌肽的广泛的生物学活性显示了其在医学上良好的应用前景。 作用机制
自从发现抗菌肽以来,已对抗菌肽的作用机理进行了大量研究。目前已知的是,抗菌肽是通过作用于细菌细胞膜而起作用的,在此基础上,提出了多种抗菌肽与细胞膜作用的模型。
但严格地说,抗菌肽以何种机制杀死细菌至今还没有完全弄清楚。
目前一般认为,Cecropin类抗菌肽作用于细胞膜,在膜上形成跨膜的离子通道,破坏了膜的完整性,造成细胞内容物泄漏,从而杀死细胞。
对于抗菌肽破坏膜的完整性,使细胞内外屏障丧失,从而杀死细菌这一观点已得到基本统一的认识,但对其具体作用过程、是否存在特异性的膜受体、有无其它因子协同等问题尚不十分清楚,存在不同看法。不同抗菌肽的作用机制可能不一样,尚有待进一步研究 基因工程
抗菌肽在动物体内含量极微。从动物体内提取抗菌肽产量低、费时长、工艺复杂、费用昂贵,无法实现大规模生产,这成为制约抗菌肽进入实际应用的最大障碍。因此,开展抗菌肽基因工程研究具有重要意义。
目前,已进入临床应用的基因工程药物多数是采用原核表达系统生产的,但由于抗菌肽对细菌的杀伤作用,不能用原核表达系统直接表达具有生物活性的抗菌肽,而如果采用融合蛋白的形式表达,将给表达产物的后处理带来很大麻烦。因此,国内外的研究者多采用真核表达系统进行抗菌肽基因工程研究。
近年来,以酵母为基因工程受体菌的研究引起人们的重视,酵母具有比大肠杆菌更完备的基因表达调控机制和对表达产物的加工修饰及分泌能力,并且不会产生内毒素,是基因工程中良好的真核基因受体菌。自1978年Hinnen等首先试验酵母转化成功后,已有人干扰素基因、乙型肝炎表面抗原基因、α-淀粉酶基因等数十种外源基因在酵母中获得表达。国内研究者大量研究表明,利用酵母表达抗菌肽是一条可行的道路,如能在表达产率上得到进一步提高,将为抗菌肽早日进入临床应用奠定良好的基础。 理化性质作用机理和作用范围
天然抗菌肽通常是由30多个氨基酸残基组成的碱性小分子多肽,水溶性好,分子量大约
为4000道尔顿左右。大部分抗菌肽具有热稳定性,在l00℃下加热10~15min仍能保持其活性。多数抗菌肽的等电点大于7,表现出较强的阳离子特征。同时,抗菌肽对较大的离子强度和较高或较低的pH值均具有较强的抗性。此外,部分抗菌肽尚具备抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶水解的能力。
抗菌肽功能从目前的研究结果来看,一般认为抗菌肽杀菌机理主要是作用于细菌的细胞膜,破坏其完整性并产生穿孔现象,造成细胞内容物溢出胞外而死亡。首先由静电吸引而附于细菌膜表面,疏水性的C端插入膜内疏水区并改变膜的构象,多个抗菌肽在膜上形成离子通道而导致某些离子的逸出而死亡。亦有学者认为抗菌肽作用于膜蛋白引起凝聚、失活及离子通道,引起膜渗透性改变而导致死亡,亦有学者提出抗菌肽是否存在特异性的膜受休及有无其它因子的协同作用等问题。不同类别的抗菌肽的作用机理可能不一样。
抗菌肽多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌等特点。某些抗菌肽对部分真菌、原虫、病毒及癌细胞等均具有强有力的杀伤作用。 1. 抗菌肽对细菌的杀伤作用
抗菌肽对革兰氏阴性及阳性细菌均有高效广谱的杀伤作用。国内外已报道至少有113种以上的不同细菌均能被抗菌肽所杀灭。 2.抗菌肽对真菌的杀伤作用
最先发现具有抗真菌作用的抗菌肽是从两栖动物蛙的皮肤中分离到的蛙皮素(Magainins),它不仅作用于C+、C-,对真菌及原虫亦有杀伤作用。Defensins是一种动物细胞内源性杀菌多肽,是从吞噬细胞中分离出来的,具有很宽的抗菌谱,对G+的杀伤作用大于对G-的杀伤作用,它也作用于真菌和部分真核细胞。Cecropin A及其类似物如天蚕素——蜂毒素杂合肽对感染昆虫的真菌具有一定的杀伤作用。 3.抗菌肽对原虫的杀伤作用
抗菌肽Magainins对原虫有杀伤作用。实验证明抗菌肽可以杀死草履虫、变形虫和四膜虫。柞蚕抗菌肽D对阴道毛滴虫亦有杀伤作用。 4. 抗菌肽对病毒的杀伤作用
Melitiin和Cecropins在亚毒性浓度下通过阻遏基因表达来抑制HIV-1病毒的增殖。Magainin-2及合成肽Modelin1 和Moderln-5对疱疹病毒HSV-1和HSV-2有一定的抑制效果。这些肽对病毒被膜直接起作用,而不是抑制病毒DNA的复制或基因表达。 5.抗菌肽对癌细胞的杀伤作用
抗菌肽对正常哺乳动物细胞及昆虫细胞无不良影响,但对癌细胞株则有明显杀伤作用。这种选择性机理可能与细胞骨架有关。已有有关抗菌肽对宫颈癌细胞、直肠癌细胞及肝癌细胞的杀伤作用与剂量相关的效应的报道。 发展现状
迄今为止,从不同的生物体内诱导分离获得的抗菌肽已不下200多种,仅从昆虫中分离获得的就多达170余种。人们根据抗菌肽的来源及结构性质进行了分类。根据抗菌肽的结构,可将其分为5类
1.具有螺旋结构的线性多肽
cecropins是第一个被发现的动物抗菌肽,1980年,由Boman等从美国天蚕蛹中分离得到。该类多肽抗生素一般含有37~39个氨基酸残基,不含半胱氨酸,其N端区域具有强碱性,可形成近乎完美的双亲螺旋结构,而在C端区域可形成疏水螺旋,两者之间有甘氨酸和脯氨酸形成的铰链区,多数多肽的C端被酰胺化,酰胺化对其抗菌活性具有重要作用。此后,人们相继从家蚕、柞蚕、果蝇、麻蝇中分离到了cecropins类抗菌肽。1989年,Lee等人从猪小肠中分高到了cecropin P1,说明了cecropins可能在动物中广泛存在。cecropins对革兰阳性菌、阴性菌部具有很强的杀伤力,而对真菌和真核细胞没有毒性。目
前cecropins已被人工合成并已商品化。
magainins也是较早发现的一类具有双亲螺旋结构的抗菌肽。最初是从蟾蜍的皮肤中分离得到的,后来在哺乳动物的神经组织和肠组织中发现了其类似物。magainins对革兰阳性菌、阴性菌、真菌、原生动物都有杀伤作用,但是对革兰阴性菌的活性比cecropins要低10倍左右。
此外,从一些动物的再生性器官和两栖类的多种组织器官中分离得到了一些具有螺旋结构的多肽,如来源于南美蛙的dermaseptin和来源于树蛙的bombininh。 2.富含某种氨基酸的线性多肽
apidaecins是从蜜蜂中分离得到的富含脯氨酸的多肽抗生素,一般含有16~18个氨基酸残基,其中脯氨酸含量高达33%,精氨酸含量可达17%。apidaecins对某些革兰阴性菌具有很强的活性,而对革兰阳性菌不起作用。apidaecins对某些革兰阴性的植物病原菌和肠杆菌科的致病菌的高杀伤力,使其在植物抗细菌病基因工程和食品工业中有着很好的应用前景。
drosocin是来源于果蝇的一种富含脯氨酸的抗菌肽,在结构上与apidaecins具有一定的相似性,但是在其11位的苏氨酸羟基上连接着一个O-二糖链(-N-乙酰半乳糖胺-半乳糖。)
coleoptericin和hemiptericin分别来源于鞘翅目和半翅目昆虫,一级结构中富含甘氨酸,分子量一般较大。Oppenheim等人从人的腮腺和下颌腺分泌物中分离得到了一组富含组氨酸的抗菌肽,长度在7~38个氨基酸残基不等,被称为histatins。对于引起口腔感染的多种微生物具有活性。indolicidin是来源于牛中性粒细胞的多肽抗生素,因其13个氨基酸中含有5个色氨酸而得名。其C端是酰胺化的。对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都具有很强的杀菌活性。
3.含有一个二硫键的多肽
这是一类数量很少的抗菌肽,第1个被发现的这类多肽是bactenecin,来源于牛中性粒细胞。其12个氨基酸中含有4个精氨酸,在其第2位和第11位氨基酸残基间形成二硫键。bactenecin对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有活性。这类多肽中还包括一些来源于蛙类皮肤的多肽抗生素,一般在C端有一个由7个氨基酸形成的“loop”和一个长的N端“尾巴”,如brevinin-1,brevinin-2。
4.含有两个或两个以上二硫键的多肽
这类多肽的典型代表是defensins,最初发现的α-defensins来源于哺乳动物的组织中,一般含有29~34个氨基酸残基,其中6个保守的半胱氨酸形成3个分子内二硫键,此外,其第6位和第15位的精氨酸,第24位的甘氨酸也是保守的。α-defensins可形成3层的β片层结构,通过3个二硫键和Arg-6与Glu-24之间的盐桥而被稳定。目前,defensins已被合成并已商品化。defensins对多种细菌和某些真菌具有杀伤作用,并且对真核细胞有一定的毒性。defensins对革兰阳性菌的活性比革兰阴性菌强。defenssins的活性比cecropins弱,并且通常在低离子强度下起作用。 β-defensins比α-defensins大一些,一般含有38~42个氨基酸残基。都含有3个二硫键和4~8个精氨酸。昆虫defensins在C末端与α-defensins相似,但是只有两个β片层结构,中间有一段α螺旋起稳定作用,主要对革兰阳性菌起作用,而对真菌没有作用。 植物defensins一般有45~54个氨基酸残基,可形成4个二硫键,3个β片层结构和一个α螺旋结构。植物defensins一般只对真菌起作用而对细菌没有作用。不同植物defensins对真菌的抗菌谱不同。 thionins也是一类来源于植物的多肽抗生素,含有45~47个氨基酸残基,有6个或8个半胱氨酸形成的3个或4个二硫键。其二级结构可形成2个反平行的α螺旋结构和2个反平行的β片层结构。thionins抑制多种植物致病细菌和真菌,但是对假单胞菌属和欧文氏菌属的细菌不起作用。
5.羊毛硫抗生素
羊毛硫抗生素(1antibiotics)是指一些由细菌产生的,由基因编码在核糖体中合成,经翻译后加工而含有一些特殊有机基团的多肽抗生素。其中研究最广泛的是nisin。它是来源于乳酸菌的一种抗菌肽,成熟多肽由34个氨基酸组成,含有羊毛硫氨酸、甲基羊毛硫氨酸等特殊基因。主要对革兰阳性菌起作用,而对革兰阴性菌不起作用,已被广泛应用作食品保鲜剂。nisin及其类似物在医药上的应用研究也正在进行。 应用及前景
目前,所有的常规抗生素都出现了相应的抗药性致病株系,致病菌的抗药性问题已经日益严重地威胁着人们的健康。寻找全新类型的抗生素是解决抗药性问题的一条有效途径。抗菌肽因为抗菌活性高,抗菌谱广,种类多,可供选择的范围广,靶菌株不易产生抗性突变等原因,而被认为将会在医药工业上有着广阔的应用前景。目前,已有多种多肽抗生素正在进行临床前的可行性研究,其中magainins已经进入三期临床试验阶段。一些多肽抗生素在医药研究中的进展情况。
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