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摘要：为更好地应用抗菌肽预防与治疗艾滋病，本文通过类比法分析了抗菌肽对细菌细胞的作用机制，分析结果揭示了抗菌肽与细菌细胞膜的作用机理，以此为据揭示了抗菌肽对病毒包膜的作用机理，为抗菌肽应用提供了依据。本文还分析了抗菌肽在临床治疗和预防艾滋病方面的创新应用，提出了预防与治疗艾滋病的新思路。
关键词：抗菌肽、HIV-1包膜、糖蛋白gp120、糖蛋白gp41、疏水性
【中图分类号】749 【文献标识码】A 【文章编号】2107-2306（2019）02-144-02
1、引言
众所周知，艾滋病是人类社会的顽疾，现有的治疗艾滋病的药物并不能彻底地杀灭艾滋病毒，只能最大限度和持久地降低病毒载量，获得免疫功能重建和维持免疫功能，一些治疗效果好但是副作用巨大的药品不能被使用。由于HIV-1病毒的变异性极强，单一的特异性药物往往在用药初期效果显著，但在1-2周后由于药物不能控制变异病毒导致已经下降的病毒数量反跳式上升，使得治疗效果急剧下降。所以，寻找一种能够具有广谱性且能够破坏其基本结构，具有抵抗多种变异性病毒的抗病毒物质极为关键。
抗菌肽是一类分子量小、稳定性好、具有广谱抗菌性的肽类物质，在食品、医药、农业等领域均有着广泛的应用前景。目前随着研究的进行，全球已经建立起了一些较为完备的抗菌肽数据库[1]如APD数据库、ANTIMIC数据库、APPDb数据库等，这些数据库可以让我们更加方便地对抗菌肽进行各种研究，包括序列比对、分析，结构预测，分子改造设计等。抗菌肽来源广泛，种类众多。下面笔者重点介绍与人类息息相关的防御素。
2、作用机制假说
目前随着对抗菌肽的深入研究，其作用于细菌细胞的机制逐渐明朗，较有说服力的抗菌肽作用机制为抗菌肽与细胞膜的作用[2]：阳离子抗菌肽的正电荷区域与细胞膜上的负电荷区域相互作用，使抗菌肽分子的疏水端插入细胞膜的脂质膜中，进而改变脂质膜结构，抗菌肽与细胞膜作用后形成跨膜电位，影响渗透压平衡，导致细胞形态的变化，并且可能会使细胞内容物流出，抑制细胞的生命活动，这种抗菌肽与膜的相互作用直接关系到抗菌肽的抗菌活性[3]。
HIV感染人体后，主要侵犯T淋巴细胞及巨噬细胞，并由它的毒粒膜蛋白gp120与细胞表面的CD4受体蛋白结合，这种分子结合作用的特异性很高，亲和力很强，HIV与受体结合后，病毒核心进入细胞并在酶作用下脱去蛋白壳，以病毒RNA为模板合成单链DNA，随之经细胞的DNA聚合酶合成双链cDNA。cDNA经环化后整合到细胞染色体上。病毒核酸随细胞的分裂而传至子代细胞，所以HIV-1可以长期潜伏。在某些因子的作用下，病毒基因组被激活，转录为RNA，部分作为新病毒的基因组，部分作为病毒翻译蛋白所需的mRNA，翻译出病毒结构蛋白及各种毒粒酶，经装配形成HIV核心颗粒，核心颗粒从细胞膜上芽生时，获得包膜成为成熟的病毒去感染新的细胞。病毒大量复制，造成感染细胞死亡。
其中的關键是，HIV病毒颗粒外面由一层包膜包裹，它表面上的突起（Spike）是由糖蛋白gpl20和gp41通过非共价键结合而成的。HIV包膜糖蛋白在病毒感染的过程中起着极其重要的作用，并且病毒侵染宿主细胞从病毒包膜与细胞膜的融合开始，如果我们能够借助抗菌肽与病毒包膜的相互作用来破坏病毒包膜，那么HIV病毒对正常人体细胞就不能进行识别与攻击，从而大大控制了病毒载量，实现长久对艾滋病的治疗乃至治愈。
3、临床应用前景思考
从上述作用机制出发，笔者可以进而分析抗菌肽的实际应用前景。由于抗菌肽与HIV-1颗粒直接接触作用，所以其主要抵御艾滋病毒侵染细胞的第一阶段，即在病毒进入时或进入前发挥作用。由此，笔者可以想到抗菌肽可以作为阻断艾滋病传播的重要方法。抗菌肽可以被设计作为女性阴道表面清洗除菌剂的重要成分起到防护屏障作用，在阴道混合液里与可能存在的HIV-1颗粒直接接触，起到很好的杀灭艾滋病毒的作用，从而阻断艾滋病的性传播途径，我们亟需验证抗菌肽在精液与阴道液体存在时生理活性及其对黏膜细胞的影响。我们可以在动物模型中进一步评价，以检测其对黏膜组织的毒性以及单独或与其他潜在化合物联合阻断HIV-1性传播的能力。同样地，抗菌肽可以作为一种微量清除剂加入到血液制品与母乳中去，将溶液中悬浮的HIV-1颗粒杀灭，从而大大降低了艾滋病传播的风险。这为阻断艾滋病的传播途径，进而消灭艾滋病提供了可能。
与此同时，笔者发现有些存在于灵长类动物的抗菌肽在人体中并不存在。如θ-防御素由于提前产生终止密码子，不会在人体中表达。目前尚不清楚此种机制是否会导致人类抵抗HIV的能力减弱。但巧合的是沉默的θ-防御素基因可以通过氨基糖甙类来读取通过提前终止密码子被“重新唤醒”[5]。通过这种方法我们或许能够构建更强的自身免疫系统，从而实现预防与治疗艾滋病的作用。但是我们亟需验证氨基糖苷类这类物质的特异性与安全性，倘若这类物质意外地将其他沉默基因激活，则可能导致不希望的结果发生（比如诱发癌症）。所以我们需要大量实验来验证其安全性。
笔者认为应用抗菌肽的关键要控制其选择性，最大限度地降低其对人体细胞的毒害作用。由于抗菌肽的疏水性为抗菌肽的一个基本特性，会影响抗菌肽的选择性，疏水性可能会驱使抗菌肽与哺乳动物细胞膜相互作用，该种细胞膜由两性离子磷脂分子组成。实验证实[6]增加Dermaseptin S4抗菌肽净正电荷，降低Dermaseptin S4疏水性能够导致其溶血活性降低，抗菌活性升高。因此，我们可以针对cecropins、magainins和defensins等主要家族的抗菌肽进行过改造或者杂合[6]，控制其疏水性，增加净正电荷，生产出低毒性，更加高效、广谱的抗菌肽。将改造实验后的肽类物质进行氨基酸测序，并以此推测编码该种抗菌肽的基因序列，利用基因工程的技术构造一种融合性基因载体，利用工程菌大量生产此类融合蛋白，将抗菌肽分离纯化，人工修饰，从而生产出具有生物活性的抗菌肽，通过细胞培养实验和活体动物实验的方法检验人工合成的抗菌肽对病毒的抑制作用及可能出现的不良反应。由于艾滋病人本身免疫缺陷，所以注入此类肽类物质不会引起强烈的免疫反应。抗菌肽通过破坏HIV-1颗粒基本结构而不与HIV-1受体发生特异性相互作用来预防HIV-1感染。因此，理论上出现对此类肽的抗性的概率很小，所以抗菌肽具有长期抑制艾滋病的能力。 上述动物实验成功后，我们还需要进行大量的临床试验，笔者相信抗菌肽最终能够在艾滋病治疗与阻断艾滋病传播方面起到重要作用，为广大艾滋病患者带来福音。
4、总结与展望
抗菌肽作为生物体天然免疫系统的重要组成部分，其作用越来越受到人们的关注。由于全球抗生素药物的滥用，越来越多的细菌对传统的抗生素产生了耐药性，由于抗菌肽具有广谱性和很好的稳定性，未来抗菌肽极有可能替代抗生素成为抗菌治疗的主要药物。部分抗菌肽具有杀精活性和抗性传播微生物活性，这些肽有望开发为联合避孕药物和抗性传播微生物药物。此外，抗菌肽在抗真菌、抗癌、抗寄生虫等方面均具有广阔的前景，本文不再一一赘述。
参考文献
[1]马宝林，李夏兰，宋宝珍.抗菌肽數据库简介[J].生物学通报，2007，42（5）： 4-5.
[2]李冠楠，夏雪娟，隆耀航，李姣蓉，武婧洁，朱勇. 抗菌肽的研究进展及其应用[J].动物营养学报， 2014，26（1）：17-25
[3] 陈雪琴. 大肠杆菌无细胞系统合成人β-防御素和艾滋病病毒蛋白的研究[D].博士学位论文. 杭州：浙江大学，2006.
[4]PANDEY B K，SRIVASTAVA S，SINGH M，et a1.Inducing toxicity by introducing a leucine-zipper-like motif in frog antimicrobial peptide， magainin 2[J].Biochemical Journal，2011，436（3）：609-620.
[5]Venkataraman N， Cole AL， Ruchala P， Waring AJ， Lehrer RI， Stuchlik O， Pohl J， Cole AM. PLoS Biol. 2009； 7：e95. [PubMed： 19402752]
[6]Clarisse Lorin ，Hela Saidi ， Afifa Belaid ， Amira Zairi ， Francoise Baleux ， Hakim Hocini ， Laurent Belec ， Khaled Hani ， Frederic Tangy . The antimicrobial peptide Dermaseptin S4 inhibits HIV-1 infectivity in vitro. Virology 334 （2005） 264-275.
关键词：抗菌肽、HIV-1包膜、糖蛋白gp120、糖蛋白gp41、疏水性
【中图分类号】749 【文献标识码】A 【文章编号】2107-2306（2019）02-144-02
1、引言
众所周知，艾滋病是人类社会的顽疾，现有的治疗艾滋病的药物并不能彻底地杀灭艾滋病毒，只能最大限度和持久地降低病毒载量，获得免疫功能重建和维持免疫功能，一些治疗效果好但是副作用巨大的药品不能被使用。由于HIV-1病毒的变异性极强，单一的特异性药物往往在用药初期效果显著，但在1-2周后由于药物不能控制变异病毒导致已经下降的病毒数量反跳式上升，使得治疗效果急剧下降。所以，寻找一种能够具有广谱性且能够破坏其基本结构，具有抵抗多种变异性病毒的抗病毒物质极为关键。
抗菌肽是一类分子量小、稳定性好、具有广谱抗菌性的肽类物质，在食品、医药、农业等领域均有着广泛的应用前景。目前随着研究的进行，全球已经建立起了一些较为完备的抗菌肽数据库[1]如APD数据库、ANTIMIC数据库、APPDb数据库等，这些数据库可以让我们更加方便地对抗菌肽进行各种研究，包括序列比对、分析，结构预测，分子改造设计等。抗菌肽来源广泛，种类众多。下面笔者重点介绍与人类息息相关的防御素。
2、作用机制假说
目前随着对抗菌肽的深入研究，其作用于细菌细胞的机制逐渐明朗，较有说服力的抗菌肽作用机制为抗菌肽与细胞膜的作用[2]：阳离子抗菌肽的正电荷区域与细胞膜上的负电荷区域相互作用，使抗菌肽分子的疏水端插入细胞膜的脂质膜中，进而改变脂质膜结构，抗菌肽与细胞膜作用后形成跨膜电位，影响渗透压平衡，导致细胞形态的变化，并且可能会使细胞内容物流出，抑制细胞的生命活动，这种抗菌肽与膜的相互作用直接关系到抗菌肽的抗菌活性[3]。
HIV感染人体后，主要侵犯T淋巴细胞及巨噬细胞，并由它的毒粒膜蛋白gp120与细胞表面的CD4受体蛋白结合，这种分子结合作用的特异性很高，亲和力很强，HIV与受体结合后，病毒核心进入细胞并在酶作用下脱去蛋白壳，以病毒RNA为模板合成单链DNA，随之经细胞的DNA聚合酶合成双链cDNA。cDNA经环化后整合到细胞染色体上。病毒核酸随细胞的分裂而传至子代细胞，所以HIV-1可以长期潜伏。在某些因子的作用下，病毒基因组被激活，转录为RNA，部分作为新病毒的基因组，部分作为病毒翻译蛋白所需的mRNA，翻译出病毒结构蛋白及各种毒粒酶，经装配形成HIV核心颗粒，核心颗粒从细胞膜上芽生时，获得包膜成为成熟的病毒去感染新的细胞。病毒大量复制，造成感染细胞死亡。
其中的關键是，HIV病毒颗粒外面由一层包膜包裹，它表面上的突起（Spike）是由糖蛋白gpl20和gp41通过非共价键结合而成的。HIV包膜糖蛋白在病毒感染的过程中起着极其重要的作用，并且病毒侵染宿主细胞从病毒包膜与细胞膜的融合开始，如果我们能够借助抗菌肽与病毒包膜的相互作用来破坏病毒包膜，那么HIV病毒对正常人体细胞就不能进行识别与攻击，从而大大控制了病毒载量，实现长久对艾滋病的治疗乃至治愈。
3、临床应用前景思考
从上述作用机制出发，笔者可以进而分析抗菌肽的实际应用前景。由于抗菌肽与HIV-1颗粒直接接触作用，所以其主要抵御艾滋病毒侵染细胞的第一阶段，即在病毒进入时或进入前发挥作用。由此，笔者可以想到抗菌肽可以作为阻断艾滋病传播的重要方法。抗菌肽可以被设计作为女性阴道表面清洗除菌剂的重要成分起到防护屏障作用，在阴道混合液里与可能存在的HIV-1颗粒直接接触，起到很好的杀灭艾滋病毒的作用，从而阻断艾滋病的性传播途径，我们亟需验证抗菌肽在精液与阴道液体存在时生理活性及其对黏膜细胞的影响。我们可以在动物模型中进一步评价，以检测其对黏膜组织的毒性以及单独或与其他潜在化合物联合阻断HIV-1性传播的能力。同样地，抗菌肽可以作为一种微量清除剂加入到血液制品与母乳中去，将溶液中悬浮的HIV-1颗粒杀灭，从而大大降低了艾滋病传播的风险。这为阻断艾滋病的传播途径，进而消灭艾滋病提供了可能。
与此同时，笔者发现有些存在于灵长类动物的抗菌肽在人体中并不存在。如θ-防御素由于提前产生终止密码子，不会在人体中表达。目前尚不清楚此种机制是否会导致人类抵抗HIV的能力减弱。但巧合的是沉默的θ-防御素基因可以通过氨基糖甙类来读取通过提前终止密码子被“重新唤醒”[5]。通过这种方法我们或许能够构建更强的自身免疫系统，从而实现预防与治疗艾滋病的作用。但是我们亟需验证氨基糖苷类这类物质的特异性与安全性，倘若这类物质意外地将其他沉默基因激活，则可能导致不希望的结果发生（比如诱发癌症）。所以我们需要大量实验来验证其安全性。
笔者认为应用抗菌肽的关键要控制其选择性，最大限度地降低其对人体细胞的毒害作用。由于抗菌肽的疏水性为抗菌肽的一个基本特性，会影响抗菌肽的选择性，疏水性可能会驱使抗菌肽与哺乳动物细胞膜相互作用，该种细胞膜由两性离子磷脂分子组成。实验证实[6]增加Dermaseptin S4抗菌肽净正电荷，降低Dermaseptin S4疏水性能够导致其溶血活性降低，抗菌活性升高。因此，我们可以针对cecropins、magainins和defensins等主要家族的抗菌肽进行过改造或者杂合[6]，控制其疏水性，增加净正电荷，生产出低毒性，更加高效、广谱的抗菌肽。将改造实验后的肽类物质进行氨基酸测序，并以此推测编码该种抗菌肽的基因序列，利用基因工程的技术构造一种融合性基因载体，利用工程菌大量生产此类融合蛋白，将抗菌肽分离纯化，人工修饰，从而生产出具有生物活性的抗菌肽，通过细胞培养实验和活体动物实验的方法检验人工合成的抗菌肽对病毒的抑制作用及可能出现的不良反应。由于艾滋病人本身免疫缺陷，所以注入此类肽类物质不会引起强烈的免疫反应。抗菌肽通过破坏HIV-1颗粒基本结构而不与HIV-1受体发生特异性相互作用来预防HIV-1感染。因此，理论上出现对此类肽的抗性的概率很小，所以抗菌肽具有长期抑制艾滋病的能力。 上述动物实验成功后，我们还需要进行大量的临床试验，笔者相信抗菌肽最终能够在艾滋病治疗与阻断艾滋病传播方面起到重要作用，为广大艾滋病患者带来福音。
4、总结与展望
抗菌肽作为生物体天然免疫系统的重要组成部分，其作用越来越受到人们的关注。由于全球抗生素药物的滥用，越来越多的细菌对传统的抗生素产生了耐药性，由于抗菌肽具有广谱性和很好的稳定性，未来抗菌肽极有可能替代抗生素成为抗菌治疗的主要药物。部分抗菌肽具有杀精活性和抗性传播微生物活性，这些肽有望开发为联合避孕药物和抗性传播微生物药物。此外，抗菌肽在抗真菌、抗癌、抗寄生虫等方面均具有广阔的前景，本文不再一一赘述。
参考文献
[1]马宝林，李夏兰，宋宝珍.抗菌肽數据库简介[J].生物学通报，2007，42（5）： 4-5.
[2]李冠楠，夏雪娟，隆耀航，李姣蓉，武婧洁，朱勇. 抗菌肽的研究进展及其应用[J].动物营养学报， 2014，26（1）：17-25
[3] 陈雪琴. 大肠杆菌无细胞系统合成人β-防御素和艾滋病病毒蛋白的研究[D].博士学位论文. 杭州：浙江大学，2006.
[4]PANDEY B K，SRIVASTAVA S，SINGH M，et a1.Inducing toxicity by introducing a leucine-zipper-like motif in frog antimicrobial peptide， magainin 2[J].Biochemical Journal，2011，436（3）：609-620.
[5]Venkataraman N， Cole AL， Ruchala P， Waring AJ， Lehrer RI， Stuchlik O， Pohl J， Cole AM. PLoS Biol. 2009； 7：e95. [PubMed： 19402752]
[6]Clarisse Lorin ，Hela Saidi ， Afifa Belaid ， Amira Zairi ， Francoise Baleux ， Hakim Hocini ， Laurent Belec ， Khaled Hani ， Frederic Tangy . The antimicrobial peptide Dermaseptin S4 inhibits HIV-1 infectivity in vitro. Virology 334 （2005） 264-275.