合成脂肽抗菌效果研究论文

抗菌药是一类抑制或杀灭病原微生物的药物，是在致病菌、被感染机体和药物性能三者之间相互制约关系下不断发展的。其中，β－内酰胺类抗生素是医学及兽医学上使用最早、用量最大的一类抗生素。 一、β－内酰胺类抗生素概述 β－内酰胺类抗生素是指分子中含有β－内酰胺环的抗生素。1929年，青霉素被作为第一个β－内酰胺类抗生素应用于临床。1945年，头孢菌素C被发现。在青霉素及头孢菌素的结构中，均含有β－内酰胺环，因此它们成为β－内酰胺类的代表药物。20世纪的六、七十年代，分别发展了以6－氨基青霉烷酸及7－氨基头孢烷酸为母核的半合成青霉素类及头孢霉素类抗生素。此后，诺卡杀菌素，克拉维酸（棒酸），硫霉素等相继被发现。在此基础上，分别发展了单环一β丙酰胺类、氧青霉烷、氧青霉烯、碳青霉烯、碳头孢烯等一系列非典型β－内酰胺类抗生素。 β－内酰胺抗生素（除诺卡霉素A外）都有一个四元的β－内酰胺环。其共有的结构特征是在与氮相邻的碳原子上（2或3位）连有一个羧基，另一个特征是青霉素、头孢菌素、诺卡菌素的β－内酰胺环氮原子的3位有一个酰胺基。β－内酰胺环上的氢，头孢霉素C7上的甲氧基和青霉素的羧基都用α表示，C8（青霉素）和C7（头孢菌素等）的酰胺基团用β表示。近年来，β－内酰胺抗生素进展迅速，除青霉素（Ⅰ）与头孢菌素（Ⅱ）之外，相继出现了在分子中具有碳青霉烯－2（Ⅲ）、青霉烯（Ⅳ）、氧青霉烷（Ⅴ）和单环β－内酰胺（Ⅵ）等新的天然抗生素。 β－内酰胺类抗生素选择性地作用于细菌胞壁，而动物细胞无胞壁，故对人体及动物安全。这类抗生素抗菌谱较广、抗菌活性强、毒性低、工业水平高、构效关系明确、可改造性大，因而得到大量开发应用，并在今后相当时期内，仍将是抗生素发展的主流。

又称抗菌活性肽，它通常与抗生素肽和抗病毒肽联系在一起，包括环形肽、糖肽和脂肽，如短杆菌肽、杆菌肽、多粘菌素、乳酸杀菌素、枯草菌素和乳酸链球菌肽等。抗菌肽热稳定性较好，具有很强的抑菌效果。除微生物、动植物可产生内源抗菌肽外，食物蛋白经酶解也可得到有效的抗菌肽，如从乳铁蛋白中获得的抗菌肽。乳铁蛋白是一种结合铁的糖蛋白，作为一种原型蛋白，被认为是宿主抗细菌感染的一种很重要的防卫机制。研究人员利用胃蛋白酶分裂乳铁蛋白，提纯出了三种抗菌肽，它们可作用于大肠杆菌，均呈阳离子形式。这些生物活性肽接触病原菌后30min见效，是良好的抗生素替代品。

该类代谢主要产物有二酮哌嗪（diketopiperazines）、异氰（isocyanides）、多肽（pep-tides）和肽醇（peptaibols）。

二酮哌嗪类

该类物质来源于环二肽，由两个氨基酸脱水而成，具有epipolythiapiperazine-2，5-dione结构单元。胶霉毒素（gliotoxin）（127）来自，具有高度真菌和细菌抗性，由于对哺乳动物具有一定毒性，故未得到医学临床应用。胶霉毒素（gliotoxin）是具有选择性的免疫抑制剂，其生物合成为L-苯丙氨酸和L-丝氨酸的环二肽途径（Kirby et al.，1980），将硫酸盐中的S原子加到胶霉毒素（gliotoxin）上，合成过程中芳香族氧化物可能起了中介作用，在中形成的是R，R-非对应异构体，在明枝霉属（Hyalodendron spp.）中形成的是S，S-非对应异构体。产生的胶霉毒素（gliotoxin）能够抑制和的生长，抑制MIC＝60μg/mL。epitrisulfide（128）来自，它也经常从特氏青霉（）分离到。

绿粘帚霉素（gliovirin）（129）尽管结构复杂，但在本质上仍属于二酮哌嗪，来自两个苯丙氨酸的缩合反应（Stipanovic et al.，1994）。简单的二酮哌嗪（130）来自（Huang et al.，1995a），包含酰胺结构，构型在脯氨酸与亮氨酸之间，它们也分离自毛壳菌属（Chaetomium spp.）、轮枝菌（Verticillium spp.）和笋顶孢霉属（Acrostalagmus spp.）。从中得到了胶霉毒素（gliotoxin）的类似物（131），对有抑制作用，其MIC＝13μg/mL（Nakano et al.，1990）。该类代谢产物的化学结构式见图。

图 来源于氨基酸的代谢产物——二酮哌嗪类物质

异氰衍生物

具有异氰功能团的代谢产物，具有独一无二的特征，其C链连接一个N原子，通式为RNC，具有挥发性的污秽气味，很长时间来一直被化学家所关注。从木霉中得到的异氰具有典型的5环结构，并经烯基、羟基和环氧基等氧化而成（Chang，2000）。对这类代谢物质的结构研究非常困难，主要原因是其具有不稳定性，在不少文献中存在对结构描述的混乱现象，有人发表了关于结构修正的论述，本章提到的结构多为修正以后的。这类物质主要来自，，，和。

第一个分离得到的异氰类物质，是1956年从中分离得到的青黄霉素（xanthocillin），10年后发现第二个代谢产物木菌素（dermadin）（132），包含一个功能团，其抗菌活性已于专利中进行描述（Coats et al.，1971），尽管在此期间一些其他的异氰物质已被分离到，但多数来自水生。木菌素（dermadin）的甲酯化衍生物（133）来自（Brewer et al.，1979），随后又发现了异氰菌酸（isonitrinic acid F）（134），其二醇异构体（135，136）和螺内酯（137，138），均来自 菌株 HLX 1379（Boyd et al.，1991）。从中也分离到绿木霉菌素（trichoviridin）（139），是黑色素合成抑制剂，采用家蚕（Bombyx mori）幼虫的血淋巴进行测定，发现它在通风光照条件下可从黄色变为黑色，其IC50＝μg/mL，而对照曲酸的IC50＝397μg/mL，结构已通过化学方法和X射线晶体分析进行了验证（Brewer et al.，1979）。

异氰菌素（isonitrins）A（140），B（141），C和D（142）来自，分析确认异氰菌素（isonitrin）C就是绿木霉菌素（trichoviridin），异氰菌素（isonitrin）A具有广谱高效生物活性，能够抑制，，大肠杆菌（），肺炎杆菌（Klebsiella pneumoniae），和的生长（IC50范围为～μg/mL），可作为动物的饲料添加剂使用（Fujiwara et al.，1982；Brewer et al.，1982）。

化合物143，144是羟基-环戊基异氰结构物质，141 是MR304 A（145）的异构体，来自（Lee et al.，1995b）。MR304A抑制比基尼链霉菌（）、黑色素瘤细胞B16的黑色素合成，并抑制蘑菇的酪氨酸酶活性，但无抗菌效果。来自另一的MR566B（146）和MR566A（147）对蘑菇的酪氨酸酶抑制IC50分别为47μM和 μM，对黑色素瘤细胞B16的抑制MIC分别为 μM和 μM（Lee et al.，1997a，1997b）。

从发现了环五烯类homothallin Ⅰ，Ⅱ及其衍生物（148～152）（Mukhopadhyay et al.，1996；Faull et al.，1994），该类物质对瘤胃细菌具有抑制作用，还发现它们与Phytophthora spp.卵孢子的受精有关，也能抑制哺育动物的酪氨酸酶活性和黑色素合成。

黑色软海绵（Halichondria okadai）上分离到的 可产生环戊烯酮 A～C（trichodenonesA～C）（153～155），对P388的细胞毒性分别为μg/mL，μg/mL和μg/mL（Amagata et al.，1998）。

来自木霉的一批结构相关联的化合物，缺少异氰基团，例如，产生的pentenocins A，B（156，157），立体结构未知，对白介素-1-β-转换酶（ICE，caspase-1）的抑制浓度为575 μM和250 μM，该酶是半胱氨酸蛋白酶，将不活泼的先驱物质——白细胞介素-1转变为有活性的形态，该活性物质与炎症的发生有关（Matsumoto et al.，1999）。该类代谢产物的化学结构式见图。

图 来源于氨基酸的代谢产物——异氰衍生物

多肽和肽醇（peptaibols）

有两种改良的二肽，命名为木霉环肽（trichodermamides）A，B（158，159），来自海水生，trichodermamide B有显著的体外细胞毒性，对人类结肠癌细胞HCT-116的抑制IC50＝μg/mL，trichodermamide A对P388，A-549和HL-60具有较弱细胞毒性（Garo et al.，2003；Liu et al.，2005a）。

肽醇（peptaibols）是肽族物质，含有高比例的不寻常的a，a-二羟甲基丁酸（Aib），一个含有氨基醇C 末端和一个酰基化的N末端。多肽的副族划分标准如下：长链多肽（18～20残渣）、短链多肽（11～16残渣）、liptopeptaibols（包含7或11残基，N端的油脂被乙酰基所酰化），长链19/20残基多肽活性更高。

该家族第一个物质为丙甲菌素（alamethicin）（160），分离自（Brewer et al.，1987），尽管获得了其结晶体，也确定了其结构，但后续的研究发现丙甲菌素（alamethicin）其实是一种混合物，包括至少12种物质，每一种物质均为包含20个氨基酸的肽类。丙甲菌素（alamethicin）有两种主要构型，一种是18位置上为谷氨酸盐，另一种是谷氨酸，它们主要对G+细菌具有抗性，后来从Trichoderma spp.，Gliocladium spp.及其他生物体中相继发现了大量的该族代谢产物（Bruckner et al.，1989），这些物质结构相似，只在氨基酸的某一个位置或某几个位置上体现了结构差异，反映了非核糖体代谢机制的特点。丙甲菌素（alamethicin）对Staphylococcus spp.具有抗菌活性，对粪肠球菌（）抑制浓度为31μg/mL，对脊柱皮炎芽生菌（Blastomyces dermatitidus）的抑制浓度为100μg/mL，对鼠口服LD50＝80mg/kg，对， ， 和稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）也具有较好的抑制作用，同时，发现木霉菌素（trichodermin）与丙甲菌素（alamethicin）联合作用时对菌丝生长具有协同抑制作用（潘顺等，2008）。

结构与丙甲菌素（alamethicin）不同、包含20个氨基酸残基的次级代谢产物还有：来自的铃鹿菌素（suzukacillin）（161）、来自的多孢菌素（polysporins）（New et al.，1996）、来自 和土星孢木霉（）的副孢霉素（paracelsins）和土星孢菌素（saturnisporins）（Ritieni et al.，1995）、来自和的木霉孢素（trichosporins）、来自的康宁霉素（trichokonins）、来自的分枝木霉素（trichobrachins）、来自 的粘帚霉潮解素（gliodeliquescins）、来自和的木霉孢芬（trichospofins）等（Bruckner et al.，1990；Huang et al.，1995b）。

铃鹿菌素（suzukacillin）对和的抑制浓度分别为10μg/mL和100μg/mL，对动物的球虫病也有防治效果，对鸡喂食～的铃鹿菌素（suzukacillin）可防治柔嫩艾美耳球虫（Eimeria tenell）和毒害艾美耳球虫（）感染（Katz et al.，1985）；从菌株63C-I培养物中也分离到了铃鹿菌素（suzukacillin），结晶后得到SZ-A，通过HPLC-ESI-MS进行结构鉴定，表明该物质的主要氨基酸构成和序列同以前发表的资料一致，只是在15位置上被乙酰化，其中21%为SZ-A4，序列为Ac-Aib-Ala-Aib-Ala-Aib-Ala6-Gln-Aib-Lx9-Aib-Gly-Aib12-Aib-Pro-Vx15-Aib-Vx17-Gln-Gln-Fol。氨基酸位置改变的有：6（Ala/Aib），9（Vx/Lx），12（Aib/Lx），17（Aib/Vx）和15（Val/Iva）（Krause et al.，2006）。副孢霉素（paracelsins）对七种重要的林木病原菌有高度抗菌活性，对卤虫藻（Artemia salina）则具有细胞毒性（Maddau et al.，2009）。

用ESI-MSn-IT和GC/EI-MS方法研究海洋的代谢产物，得到两组主要的肽醇（peptaibols），分别为长链（20氨基酸）和短链（11氨基酸）类型。利用该方法也鉴定了新的短链抗菌肽，发现了9种肽类化合物，其中8种为新结构物质，分别为：分枝木霉素（trichobrachins）AI-IV（Aib9-Pro10序列）和分枝木霉素（trichobrachins）BI-IV（Val9-Pro10序列），还有以前曾经发现过的 Pro6-Val7和Val9-Pro10等物质（Mohamed-Benkada et al.，2006）。

来自菌株SMF2的代谢物能够抑制G+细菌和病原真菌的生长，经液相色谱加质谱确认结构，发现这类物质主要为已知的多肽，包括康宁霉素（koninginins）Ⅵ，Ⅶ和Ⅷ，在宽pH范围和温度下具有抗菌活性，高压灭菌后活性依旧能够保持，对蛋白水解酶不敏感，还发现康宁霉素（koninginin）Ⅵ具有典型的螺旋结构（Song et al.，2006）。

包含19个氨基酸残基的有下列物质：来自 的哈茨木霉素（trichorzia-nines）（Bodo et al.，1985），哈茨木霉素（trichorzianins＝trichorzianines）TA和TB（162，163）对选择透过性膜的β-葡聚糖合成具有抑制作用，但加入磷脂酰胆碱后作用则反转，因为β-1，3-葡聚糖受抑制后细胞壁的合成也受到了抑制。来自的康宁木霉素（trikoningins）对 有抗菌活性，但对 则无效（Auvin-Guette et al.，1993）。来自 的长枝木霉素（tricholongins）（Rebuffat et al.，1991），分离自硬毛木霉（）、、软毛木霉（）、子座木霉（）和螺旋木霉（）的硬毛木霉素（trichostrigocins），具有防治弯孢壳属（Eutypa spp.）顶梢枯死病和葡萄藤树干埃斯卡病（Esca spp.）的作用（Degenkolb et al.，2006）。

第一个得到的有18个氨基酸残基的次级代谢产物，是来自的木霉毒素（trichotoxins）（Bruckner et al.，1985），后来分离自的木康霉素（trichokindins）和木霉嗪（trichorzins）的结构也得到了证实（Hlimi et al.，1995）。木霉嗪（trichorzins）PAⅡ，PAVⅢ（164，165）对不同种的柔膜菌纲的脂质体具有破膜作用（Béven et al.，1998），6种木霉嗪（trichorzins）PA（18-残基）具有影响细胞膜渗透调节的能力，对8种柔膜菌纲如无胆甾原体（Acholeplasma）、支原体（Mycoplasma）和螺原体（Spiroplasma）的抑制MIC为～50μM，且氨基酸序列改变之后活性依旧保持，如在位置4和7上将Aib替换为Iva，在C端将Trpol替换为Pheol，活性依旧。后来还发现了一个新的18个氨基酸残基的多肽，命名为子座木霉素（trichostromaticins），还有一种携带自由C端缬氨酸的物质，命名为致密木霉素（trichocompactin）Ⅻ（Degenkolb et al.，2006）。

其他短链肽类物质有来自的木绿菌素（trichovirins）（Bruckner et al.，1992），来自的哈茨菌素（harzianins）HA（14-残基）（Rebuffat et al.，1995），来自的康宁木霉素（trikoningins）KB（11-残基）（Auvin-Guette et al.，1993），来自的木霉罗素（trichorozins）（Wada et al.，1995），以及来自分生孢子的木霉罗芬（trichorovins）（Wada et al.，1996）等。来自的木霉金素（trichogins）A（Auvin-Guette et al.，1992）和来自 的木霉十烯素（trichode-cenins）（166）是脂肽醇的典型例子（Fujita et al.，1994）。与众不同的是来自的木霉聚素（trichopolyn）Ⅰ，Ⅱ（167，168），由R-2-甲基葵酰基酯化N端的氨基酸，在C2位置上的2-氨基-6-羟基-4-甲基-8-氧代癸酸残基，以及不寻常的C末端共同构成（Mihara et al.，1994）。木霉聚素（trichopolyn）对 ，和的抑制浓度分别为μg/mL，100μg/mL和μg/mL（Ooka et al.，1966），对鼠皮下注射抑制LD50＝5mg/kg，其类似物对鼠混合淋巴细胞具有免疫抑制活性，且活性高于环胞霉素A（Iida et al.，1999）。

抗阿米巴素（antiamoebin）（169）是驱虫剂，巨孢霉素（hypelcins）（170）对，和红色毛癣菌（）的抑制浓度分别为25μg/mL，100μg/mL和100μg/mL（Fujita et al.，1984）。

柔膜菌纲的支原体无细胞壁，DNA不形成核结构，为革兰氏阳性，是寄生在动物和植物上的致病微生物，这些特征使柔膜菌纲成为抗菌肽研究的重要靶标。原核生物和真核生物对多肽的敏感性不同，原因可能是真核生物质膜上有甾醇类物质存在。然而，柔膜菌纲特别是支原体和螺原体的细胞膜含有大量的胆固醇，多肽的活性因此不能起作用，由此可推测柔膜菌纲的细胞膜似乎是多肽非特异性离子载体的靶标，而肽类物质常常来自于非核糖体合成途径。通过研究环孢菌素（cyclosporin）（171）的合成，显示在某种程度上，外源氨基酸可被吸收并用于改变代谢物的结构。定向合成在木霉中已得到验证，例如向和的培养基中添加Aib，Glu或Arg，能够导致代谢物种类减少，有时则可产生新的类似物（Leclerc et al.，2001），这些研究表明可以通过人为干预培养过程而得到人们需要的多肽类物质。由于本族代谢产物结构类似，此处只列出了部分物质的结构，具体见图。