KJ肽的生物学作用
近年来,KJ肽(Antibacterial Peptides) 因其独特的生物活性以及不同于传统抗生素的特殊作用机理,已引起人们极大的研究兴趣,这些肽类KJ物质显示了在医学和农业上潜在的研究和应用价值。KJ肽是生物体产生的一种具有KJ活性的多肽,多数KJ肽具有分子小、带正电、两亲性、广谱KJ等共同特点,它们在宿主先天性免疫和适应性免疫中有重要作用。
根据结构和三维构象的差异,KJ肽包括以下四类。⑴:具有α螺旋结构的线性肽,如蜂毒肽、蛙皮肽等;⑵:含有二硫键的β折叠结构,如防御肽、昆虫防御肽等;⑶:由一种或多种氨基酸为主构成的多肽,如PR239、Drosocin等;⑷:具有环形结构的多肽,如Bactenecin、Ranalexin等。
目前,比较清楚的是昆虫KJ肽的作用机制,主要包括细胞膜电势依赖通道的形成,YZ细胞呼吸,YZ细胞外膜蛋白的合成以及YZ细胞壁的形成。Okada等发现,KJ肽使细胞内的K+快速被析出,ATP含量迅速下降,继而导致细胞死亡。Cociancich等发现,孔道的形成、开启和关闭都依赖于膜的电势。离子通道形成可分为3个步骤,即(1):KJ肽通过静电作用被吸附到膜表面;(2):KJ肽的疏水尾巴插入细胞膜;(3):KJ肽的两性分子α2螺旋插入膜内,多个KJ肽共同作用形成离子通道。Thanatin则主要是通过YZ细胞的呼吸作用来杀菌的。Carlsson等研究发现,Attacin可干扰大肠杆菌细胞外膜蛋白Omp C,Omp F,Omp A以及Lam B基因的转录,使这些蛋白质含量减少,导致细胞膜的通透性增加,YZ细菌生长。Sarcotoxins II可YZ细菌细胞壁形成,使细菌不能维持正常的细胞形态而生长受阻。
KJ肽与传统的抗生素有很大的不同:(1)产生机制不同:抗生素主要是细菌发酵产物,由酶促反应合成,KJ肽是由宿主基因编码在核糖体上合成的产物。(2)杀菌机制不同:抗生素多数通过YZ细菌细胞壁或DNA合成发挥作用,KJ肽通过与带负电的微生物细胞膜直接作用,改变其通透性,造成膜的物理性损伤,导致细胞内容物外渗而死亡。(3)作用方式不同:抗生素作用涉及到和细菌胞膜上或胞内特异的受体结合,且受体类型有限,细菌易产生耐药性,KJ肽作用是阴阳离子的物理作用,不产生抗性。
KJ肽具有广阔的应用前景,它是哺乳动物防御系统的重要组成部分,具有热稳定、水溶性好、广谱杀菌甚至有的能杀真菌、原虫等优点,且对较大的离子强度和较低或较高的pH都有较强的抗性,而对真核细胞几乎无作用,仅作用于原核细胞和发生病变的真核细胞,并且与抗生素通过阻断大分子生物合成的作用机制完全不同,病源菌不易对其产生耐药性,由此显示了它具有独特的研究和应用价值。
近20年来,人们对KJ肽已进行了比较系统的理论和应用研究,显示了它具有以下几个方面在畜牧生产上的研究和应用前景。
⑴YY前景 随着对KJ肽结构与活性的关系、KJ肽作用机制及其基因表达调控机理认识的不断深化,设计一种GX的、利于人类健康的KJ肽作抗生素替代品是完全可行的。
⑵转基因研究及应用 借鉴已成功的昆虫KJ肽转基因工程,如转基因蚊子、转基因水稻等,把特异的KJ肽基因转入畜禽特定细胞使其表达,从而产生抗病新品种,不失为一条发展畜牧生产的新思路,前景深远。
⑶KJ肽基因表达调控及KJ肽添加剂研究 用基因工程方法生产环保型KJ肽添加剂、通过日粮因素调控KJ肽基因的表达而达到畜产品无抗生素化值得进一步研究。
由于KJ肽分子小,分离提纯存在一定的困难,故天然资源有限。化学合成和基因工程法获得KJ肽是主要手段,但化学合成KJ肽成本高,而通过基因工程在微生物中直接表达KJ肽基因,则可能对宿主有害而不能获取表达产物。所以,对KJ肽的结构、构效关系及作用机理还需进一步研究。