抗菌肽是如何消灭细菌的？

自2020年新冠疫情爆发以来，人们已经开始逐步认识到了抗菌的重要性。各类抗菌面料、除菌产品已经步入各大商超，走进人们的生活当中。但随着传统抗生素对这些细菌的作用越来越弱，我们即将要进入后抗生素时代。近年来，抗菌肽（AMPs）作为一类新的抗微生物药物，因其潜在的临床应用价值而备受关注。

抗菌肽的分类及介绍

AMPs，其中许多也被称为宿主防御肽 (HDPs)，是一组种类繁多的分子。AMP 的长度可以是 2 到 100 个残基，可以带电或不带电，可以通过细胞机器制造、完全合成或两者结合。

而抗菌肽数据库 (APD) 是一个人们对 AMP 作为抗 MDR 病原体的治疗剂日益增长的兴趣而创建的数据库，也是改为范围内最通用的数据库之一。目前按照四个标准在 APD 中注册肽：(1) 它必须来自天然来源；(2) 必须证明抗菌活性 (MIC < 100 mM 或 < 100 mg ml -1）；(3) 成熟肽的氨基酸 (aa) 序列必须至少部分阐明； (4) 肽必须包含少于 100 个氨基酸残基。

依赖于 AMP 3D 结构的知识，该知识由溶液 NMR 或 X 射线衍射研究提供。使用α-螺旋/β-折叠系统，AMP 可分为四个家族：α、β、αβ 和非 αβ。α 家族中的 AMP 包含一个 α 螺旋作为主要结构元素，而 β 家族中的 AMP 包含至少一对 β 链。αβ-结构具有两种元素的混合物，非αβ结构两者都没有。

抗菌肽的作用机理

通常情况下，AMP通过膜破坏和免疫调节来消灭细菌，但这并不意味着 AMP 不采用其他作用机制。

哺乳动物细胞表面主要由带中性电荷的磷脂组成，如鞘脂或磷脂酰胆碱。而很大一部分细菌膜由带负电荷的磷脂组成，例如磷脂酰丝氨酸 (PS)、磷脂酰甘油 (PG) 和心磷脂。在某些癌细胞系中，膜调节功能丧失，导致细胞表面负性磷脂的存在增加。在这些情况下，一些 AMP 能够选择性地靶向癌细胞而不是正常哺乳动物细胞，这说明了膜成分对 AMP 选择性的重要性。细菌外表面的整体负电荷是大多数 AMP 的阳离子性质的原因，这些 AMP 已进化为一种针对细菌的防御机制。由此产生的静电吸引力促进了初始肽结合。一旦 AMP 与膜结合，它可以通过三种主要机制发挥其膜破坏活性：桶形、环形或地毯。

除了通过膜破坏或抑制重要的细胞内过程直接杀死微生物外，许多 AMP 还能够与宿主免疫系统相互作用以调节其炎症反应。为了应对感染，身体会识别与人体细胞无关的分子。这些分子标记被称为病原体相关分子模式 (PAMP) 和危险相关分子模式 (DAMP)。第一类包括来自微生物的分子，第二类与受损或受压的人体细胞有关。AMP 是多细胞生物先天免疫系统的关键组成部分，具有引发抗炎和免疫刺激作用的能力。 AMP 还能够将抗原呈递细胞（例如单核细胞和巨噬细胞）直接募集到感染部位或通过趋化因子的诱导。此外，它们可以抑制促炎细胞因子的表达；增强对核酸的吞噬作用和促炎反应；诱导抗炎细胞因子的表达；影响树突细胞的分化和T细胞的极化；并促进伤口愈合。

抗菌肽的化学合成

早期的 AMP 发现依赖于从天然来源中分离出来，通常需要大量的原始生物材料，从中可以提取少量的纯肽。现在可以通过重组 DNA 技术或通过化学合成大规模分离 AMP。AMP 的化学合成通常是更实用的方法，尤其是在固相技术出现之后，这使得该过程变得快速、高效和可靠。

与从天然来源中提取相比，AMP 的化学合成具有几个优点。精确修饰 AMP 序列是可能的，因为每个 aa 在 SPPS 期间依次添加，从而能够调节和提高抗菌效力并研究构效关系 (SAR)；除了 20 个天然存在的 aa 外，还可以将非天然 aa 插入或替换到 AMP 序列中，以提高其生物活性和稳定性；

虽然天然 AMP 结构多样且具有良好的抗生素特性，但它们作为肽疗法也存在一些缺点，例如对蛋白水解降解的敏感性、对哺乳动物细胞的潜在毒性以及与其工业生产相关的高成本。因此，已开发出多种类型的 AMP 化学修饰，以提高其抗菌效力并降低其对蛋白水解降解的敏感性。

对天然存在的 AMP 以及合成 AMP 进行各种化学修饰，包括用其他蛋白质原性l-或d替换天然 AMP 模板的一个或多个氨基酸残基-残基、N-末端乙酰化、C-末端酰胺化、肽环化、非天然氨基酸的引入、聚乙二醇化、脂化和杂交体的构建等。

参考文献：Bee Ha Gan, Josephine Gaynord, Sam M. Rowe, Tomas Deingruber,David R. Spring,The multifaceted nature of antimicrobial peptides: current synthetic chemistry approaches and future directions，Chem. Soc. Rev., 2021,50, 7820-7880