简介：抗菌肽（AMPs）是微生物、植物和动物体内天然存在的肽类物质，被认为是先天免疫中进化保守的效应分子。这些肽类物质可根据物理化学性质分类，如阳离子、阴离子、亲水性和两亲性。尽管它们在长度和序列上存在多样性，但通常有两个物理化学特征是这些分子的显著标志：它们是阳离子的，在 pH 值为 7 时，电荷范围通常在 +2 到 +7 之间；它们是两亲性的，因此其立体几何结构赋予了相对极化的亲水性和疏水性区域。尽管它们的结构具有保守性，但它们具有广泛的活性，如抗菌、抗氧化、抗高血压、抗真菌、抗病毒、抗肿瘤以及调节免疫反应等。调节免疫反应这一作用是特定于一类名为宿主防御肽（HDPs）的肽类物质。此外，根据多效性的概念，单个肽类物质可能具有多种功能。它们可能作用于不同的靶点，因此根据其物理化学性质（即纯粹的多效性）或氨基酸修饰（即家族多效性）表现出不同的功能。这些特性使抗菌肽和宿主防御肽在药物开发领域相对于其他分子具有许多生理优势。正如这里总结的那样，从包括哺乳动物、两栖动物、昆虫、植物和细菌在内的各种生物中分离出的许多抗菌肽和宿主防御肽已被报道具有抗病毒和/或抗肿瘤活性。本综述涵盖了它们的作用机制和靶点，以及它们作为对抗病毒和恶性细胞的新治疗策略的潜力。

阳离子抗肿瘤肽

癌症已成为人类发病率和死亡率方面的主要问题。所有类型的癌症都具有由少数遗传或环境刺激引起的基因突变所导致的细胞生长异常这一特征。为了对抗癌细胞的扩散及其增殖速度加快，人们采取了许多策略，如化疗、手术和放疗。这些常规手段往往对癌细胞缺乏特异性，还会作用于健康细胞的分裂，从而损害正常组织的恢复。抗肿瘤药物在吸收、代谢和靶组织方面存在差异，这些差异可能因患者而异；此外，肿瘤可能位于药物难以渗透的地方，或者由于组织内静水压升高或肿瘤血管结构改变而处于受限环境中。此外，内在或获得性耐药性被认为是肿瘤复发的普遍原因。

鉴于目前可用疗法的局限性，研究人员受到鼓舞去寻找仅具有一种独特作用机制的新型抗癌药物。在此背景下，来自不同来源的天然抗菌肽及其合成类似物已成为多项研究的基础，旨在发现治疗恶性细胞的新疗法（表 1）。

表 1. 来自不同来源的阳离子抗肿瘤肽、其应用及作用机制。

阳离子抗肿瘤肽因其相对于其他化学药物的诸多优势，如分子量低、结构相对简单、对肿瘤细胞的特异性细胞毒性高于健康细胞、不良反应少、易于吸收、给药途径多样以及诱导多药耐药的风险低，已被认为是抗肿瘤治疗的有前景的药物。它们还能与传统疗法及其他潜在的抗癌分子协同作用，通常能改善治疗效果。其化学结构（即阳离子和疏水特性）与对肿瘤细胞的高度特异性之间的内在联系，可能是其细胞毒性的关键所在。这些特性使阳离子抗菌肽能够与癌细胞结合并侵入，迅速破坏细胞膜，导致细胞内物质外流，从而引起细胞死亡。这种情况的发生是由于肿瘤细胞膜带负电荷（源自诸如富含唾液酸的糖蛋白、磷脂酰丝氨酸（PS）或硫酸乙酰肝素等阴离子分子的表达高于正常水平），这与带中性电荷的健康细胞膜存在本质区别。因此，这些化学差异有助于带正电荷的肽与带负电荷的肿瘤细胞膜之间的静电相互作用。膜溶解机制首次在对天蚕素及其合成类似物对抗造血系统肿瘤和实体瘤的研究中被发现。带正电荷的抗肿瘤肽也可能通过所谓的非膜溶解机制破坏细胞内靶点。例如，有报道称某些抗肿瘤肽通过触发细胞内凋亡途径（例如，使线粒体失活；激活半胱天冬酶级联反应）导致细胞坏死。带正电荷的抗肿瘤肽还能抑制参与癌基因活动的信号转导通路中蛋白质的活性。本文对膜溶解机制和非膜溶解机制进行了讨论，并在图 1 中进行了展示。

图 1. 阳离子抗肿瘤肽的作用机制。（1）改变溶酶体膜，导致细胞内环境酸化和细胞死亡。（2）增强蛋白酶体活性。（3）通过细胞色素 c 释放到细胞质或激活半胱天冬酶级联反应诱导线粒体凋亡途径。（4）通过地毯模型形成孔隙。（5）增加 Ca2+内流。（6）通过环形或桶状模型形成孔隙。（7）通过诱导自然杀伤细胞和干扰素激活免疫调节途径。（8）抑制参与 DNA 复制的基因。（9）使细胞周期停滞在 G0、G1 或 S 期。Lfcin，乳铁素；BMAP，牛髓样抗菌肽；Cr-AMP，小球藻抗肿瘤多肽。

杀灭癌细胞的阳离子肽可分为两类：（1）对细菌和癌细胞有效但对正常哺乳动物细胞无害的抗菌肽，如昆虫的多角蛋白和两栖动物的抗菌肽；（2）对细菌、癌细胞和正常哺乳动物细胞均有细胞毒性的抗菌肽，如蜂毒肽、鲎素 II、人中性粒细胞防御素和昆虫防御素。人们认为这两类之间的差异主要取决于肿瘤细胞和正常细胞膜的差异，因此从分子水平上详细理解这些重要变化至关重要。迄今为止，人们认为除了上述肿瘤细胞和正常细胞之间的静电电荷差异外，膜流动性也可能影响肽破坏细胞的敏感性。癌细胞的流动性大于哺乳动物正常细胞，这可能有助于膜的不稳定，从而有利于阳离子抗肿瘤肽的结合，而作为真核细胞膜主要成分的胆固醇含量会改变膜的流动性，从而保护真核细胞免受抗肿瘤肽的细胞溶解作用。例如，当合成脂质囊泡和革兰氏阴性细菌的胆固醇含量增加时，抗肿瘤肽天蚕素的膜插入量会减少。此外，肿瘤细胞的膜表面积比非肿瘤细胞大，微绒毛数量更多，这也可能使更多的肽结合到膜上。

阳离子抗病毒肽

病毒在进化中的成功得益于四个普遍特征：基因变异、传播方式多样、在宿主细胞内高效复制以及在宿主体内持续存在。由于这些特征，病毒性疾病的控制并非易事。尽管存在抗病毒药物，但仍需探索新型抗病毒化合物以控制新出现的病毒病原体。从这一角度来看，抗菌肽是药物设计的一种替代方案。自 20 世纪 80 年代以来，已从各种来源分离出多种阳离子抗病毒肽（表 2），它们在对抗多种病毒性感染方面显示出强大的潜力。由于这些肽的多效性，在同一种肽中可以验证广泛的抗病毒活性。此外，这种多效性活性还可以扩展到对肿瘤细胞的同时细胞毒性作用（图 2）。首次报道阳离子肽具有抗病毒作用的研究发表于 1986 年，其中描述了α-防御素抑制包括 1 型和 2 型单纯疱疹病毒（HSV）在内的多种病毒的活性。巨细胞病毒（CMV）以及在体外用人类中性粒细胞肽 1（HNP1）抑制水疱性口炎病毒。自那以后，许多报告表明阳离子宿主防御肽（如α-、β-和θ-防御素）具有抗病毒活性，以及使用抗菌肽中的抗菌肽素进行有效的抗病毒治疗，如先前综述所述。令人非常欣喜的是，在过去几年中，许多新的抗病毒肽要么被鉴定出来，要么被合成出来，以促进新的抗病毒疗法的发展。

表 2. 来自不同来源的阳离子抗病毒肽、其应用以及作用机制。

图 2. 具有抗肿瘤和抗病毒活性的多效性阳离子肽。每个多效性肽及其对多种肿瘤表现出细胞毒性活性（上部）和对多种病毒表现出抗病毒活性（下部）。#PDB 从左至右分别为：2IGR、2K6O、2LSA、1Z6V、2MLT、1WO1。HCMV，人巨细胞病毒；HIV，人类免疫缺陷病毒；HSV，单纯疱疹病毒；IAV，流感病毒；IHNV，传染性造血器官坏死病毒；IPNV，传染性胰腺坏死病毒；Jv，朱尼病毒；SHRV，乌鳢弹状病毒；VHSV，病毒性出血败血症病毒；VSV，水疱性口炎病毒。

阳离子抗肿瘤和抗病毒肽的生产

尽管肽类药物在抗肿瘤药物方面具有巨大潜力，但仍存在一些需要解决的局限性。众所周知，它们在治疗癌症方面有多种用途，如疫苗、激素、携带细胞毒性药物和放射性同位素的肿瘤靶向药物以及抗血管生成肽。目前市场上约有 60 种获批的肽类药物，预计到 2013 年底销售额将达到约 120 亿美元。所有这些投资已使全球市场上已有超过 100 种肽类药物，约占所有药物销售额的 1.5%。在已上市的四种销售额超过 10 亿美元的肽类药物中，有三种用于直接治疗癌症或治疗与某些肿瘤相关的发作：醋酸亮丙瑞林（Lupron；21.2 亿美元）、醋酸戈舍瑞林（Zoladex；11.4 亿美元）和醋酸奥曲肽（Sandostatin；11.2 亿美元）。门多萨及其同事总结了约 30 种被发现/开发为肽类抗癌药物的肽，以期为相关疗法奠定基础。

然而，当涉及到抗菌肽作为抗肿瘤药物的市场时，情况则大不相同。尽管从不同来源分离并鉴定了超过 1000 种潜在的治疗性抗菌肽，但在临床试验中仅取得了有限的成功。

目前，处于临床前或临床试验阶段的抗菌肽（AMPs）仅有约十种（Fox，2013），其中很少具有抗肿瘤活性。其主要局限性在于由于内在的物理化学性质导致的不稳定性和不溶性，从而生物利用度低，对宿主细胞的潜在毒性，组织分布，不良的药代动力学问题以及大规模生产的成本高昂。尽管存在这些缺点，但抗肿瘤肽因其对恶性细胞的高度特异性和效力而具有潜力。因此，已开展了大量研究以提高其生物利用度并降低生产成本。人们投入了大量精力模仿抗肿瘤肽以改变其特性，从而实现稳定性和安全性。这些方法对于提高抗肿瘤肽的治疗潜力变得重要且充满希望。

通过构建酰基赖氨酰和/或赖氨酰酰基赖氨酰（OAK）低聚物来模拟HDP，这已成为首个在体内显示出抗肿瘤潜力的设计系统。该系统能够穿过细胞膜并与多个细胞内靶点相互作用，包括线粒体，尤其是内膜，其含有相对较高比例的带负电荷的磷脂，可能介导与这些HDP的相互作用。此外，与用于化疗的蒽环类抗生素阿霉素相比，其毒性特征有所改善。还观察到，局部给予OAK和阿霉素，50%的治疗小鼠肿瘤完全消失，而其余50%的小鼠肿瘤微小，这表明这种疗法的协同作用既强大又耐受性良好。OAK还可能破坏溶酶体结构和/或干扰通常处理细胞主要大分子的50种水解酶的功能。

还对新型肽进行了合理设计，以创建六种来自中国林蛙（Rana chensinensis）皮肤分泌物的天然α-螺旋和两亲性抗菌肽（AMP）temporin-1CEa 的类似物。这些类似物通过在α-螺旋的极性面和非极性面上用赖氨酸或亮氨酸残基替换中性和酸性氨基酸来合成，以增加阳离子性或增加/降低疏水性，从而评估这些肽的抗癌活性与物理性质之间的相关性。所有肽对三种癌细胞系（MCF-7、Bcap-37 和 MDA-MB-231）均表现出强大的抗癌活性。该研究表明，增加天然 AMP 的阳离子性并保持适度疏水性的策略适合提高其对肿瘤细胞的细胞毒性并降低其溶血活性。

通过将两个功能域——一个 AMP（KLAKLAKKLAKLAK）和一种靶向递送工具的衍生物异构DGR（异构天冬氨酸-甘氨酸-精氨酸）进行合成连接，构建了一种新型抗肿瘤肽。实验表明，这种新型结构在体外和体内实验中均能选择性地杀死 CD13−/αvβ3+ 乳腺癌细胞。其作用机制据称是通过与肿瘤细胞和肿瘤内皮细胞上调的αvβ3+ 结合来抑制血管生成。

这些研究有力地表明，肽模拟物是开发新型抗肿瘤肽的有力工具。此外，当这些分子作为辅助疗法与放疗、化疗或外科手术联合使用时，其潜力可能会得到进一步提升。

在考虑抗病毒疗法时，开发和使用有效疗法的主要障碍在于，目前抑制病毒在受感染细胞内完成生长周期而不损害周围正常细胞的方法成本高昂，以及在为时已晚之前诊断出病毒性疾病。还有人声称，抗病毒疗法进展缓慢的原因在于选择性，因为病毒在功能上已融入宿主细胞，因此很难选择合适的标记。此外，抗病毒药物市场也存在相关障碍，因为这些药物主要针对少数几种病毒。据知，迄今为止美国食品药品监督管理局（FDA）批准的 60 种抗病毒药物中，近一半针对 HIV-1，其余用于治疗乙肝病毒（HBV）和丙肝病毒（HCV）感染、单纯疱疹病毒（HSV）、巨细胞病毒（CMV）、水痘带状疱疹病毒（VZV）和流感病毒（IAV）。目前有 15 种基于肽的抗病毒策略处于不同临床试验阶段，作为针对多种病毒的治疗药物候选。然而，这些都不是阳离子抗病毒肽，尽管有关它们高活性的报道已足够令人兴奋，足以将其列为潜在候选药物，就像阿洛菲宁一样。研究表明，预防性和/或治疗性地给脑内感染单纯疱疹病毒 2 型的小鼠施用阿洛菲宁，可显著提高其存活率并抑制病毒复制。基于阿洛菲宁的单纯疱疹病毒、乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒的感染治疗目前正处于广泛的临床前研究阶段。

为了确定天然存在的几类抗菌肽（AMPs）抗病毒活性的重要结构特征，并优化这些分子以开发出最短、最廉价、最稳定且在低浓度下仍具功能的分子，人们已合成了几种天然存在的抗菌肽的类似物。最近，基于实验上已证实具有抗病毒活性的收集肽，开发出了首个抗病毒肽预测方法，并将其命名为 AVPpred。该方法专门针对抗病毒肽，使用了 25 种物理化学性质来构建抗病毒肽 - 物理化学模型、氨基酸组成以及通过 BLASTP 算法实现的序列比对来预测抗病毒肽。

纳米制剂作为药物递送系统

为了克服上述阳离子肽使用中的限制，纳米制剂技术已作为一种强大的生物工具出现，能够改善这些分子的递送和稳定性。

癌症治疗中药物输送的主要目标是通过增加输送到肿瘤部位的药物量并减少其对健康组织的暴露来提高抗癌药物的治疗指数。制药行业中已开发出多种微胶囊技术，例如水凝胶、脂质体、纳米乳液和纳米粒子。因此，纳米粒子的开发和改进在克服药物输送障碍方面展现出巨大潜力。

最近，王和张（2013 年）将一种 CPAP（一种剂量依赖性的抗增殖肽，可诱导胃癌细胞在 G1 期后停滞）进行包封。他们采用了两种方法：一种是复合凝聚法（涉及可食用的海藻酸钠、氯化钙和壳聚糖）进行 CPAP 的微囊化，另一种是离子交联凝胶法（涉及可食用的壳聚糖和三聚磷酸钠）进行纳米囊化。前者指的是在适宜条件下将两种亲水性胶体溶液混合时发生的液相沉淀/相分离，而后者则是基于聚电解质反离子交联形成水凝胶的能力。他们的研究结果表明，微囊化的包封效率（74.5%）远高于纳米囊化（30.1%），但两者的多肽含量相似（分别为 12.7% 和 12.3%）。体外释放试验表明，经过微/纳米囊化后，CPAP 能够很好地抵御胃酶降解，并且在肠道中能够实现缓慢可控的释放。尽管还需要进一步的体内研究来验证这些发现，但本研究为开发包封抗肿瘤肽提供了基础。

另一项研究对一种抗肿瘤肽进行了封装，以开发一种有效的基因修饰肿瘤细胞疫苗。在该研究中，通过使用阳离子脂质体将白细胞介素 - 27（IL - 27）的基因转染到 LL/2（Lewis 肺癌细胞）中。这种含有 LL/2 细胞肿瘤相关抗原（TAA）和相对较高水平分泌的 mIL-27（小鼠 IL-27）的肿瘤细胞疫苗，能够在小鼠体内诱导保护性抗肿瘤免疫，据称这是由脂质体 - DNA 复合物实现的高细胞因子产量的特性所致。还观察到LL/2-mIL-27 细胞疫苗上调了小鼠血清中的 IFN-γ，并改善了局部 CD4+和 CD8+T细胞浸润。这项研究展示了一种基于抗菌肽的抗肿瘤治疗策略的重要且有前景的方法。

关于阳离子抗病毒肽，纳米制剂技术也已被研究作为一种有效的生物工具来提高其递送和稳定性。对源自丙型肝炎病毒（HCV）蛋白的 C5A 肽的带正电荷类似物——两亲性α-螺旋肽 p41 进行纳米制剂处理，以治疗 HIV/HCV 共感染。阳离子抗病毒肽被掺入通过静电偶联制备的带负电荷的聚（氨基酸）基嵌段共聚物中。纳米复合物大小约为 35 纳米，在生理 pH 值和离子强度下稳定。对 HCV 和 HIV 的体外抗病毒活性得以保留，其内在细胞毒性也有所减弱。体内实验表明，这些纳米复合物能够降低移植了人类淋巴细胞且感染 HIV-1 的小鼠的病毒载量。总体而言，这些发现表明这些制剂在保持抗病毒肽功能活性的同时，具有稳定和递送抗病毒肽的潜力。

结束语

从多个生物类群的丰富生物多样性中分离出的许多天然阳离子肽已展现出作为抗病毒和抗肿瘤药物的巨大潜力。此外，开发这些天然分子的新型合成类似物已成为增强其活性和促进新型天然抗菌肽筛选过程的重要生物学工具。对具有抗肿瘤和/或抗病毒活性的抗菌肽的研究表明，这些分子是出色的治疗剂，甚至与传统疗法结合使用时效果更佳。具有抗肿瘤和/或抗病毒活性的抗菌肽的数量不断增加，预计这将改变它们目前的局面，从进入临床试验到在市场上供应。实现这一转变的关键一步是继续研究并确定其作用机制，发现新的靶点，随后开展开发新的潜在递送系统的研究。

参考文献：doi.org/10.3389/fmicb.2013.00321

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