WHO已經(jīng)警告，抗生素耐藥問題正日趨嚴(yán)重，而新開發(fā)的抗生素不足以應(yīng)對(duì)人類的感染風(fēng)險(xiǎn)。不過，不少公衛(wèi)專家認(rèn)為，50年后我們?nèi)詴?huì)有抗生素問世，只不過與現(xiàn)有的抗生素形式不同。展望未來之前，可以先回顧我們?nèi)〉玫臍v史成就。

       多肽抗生素（AMP，Antimicrobial Peptides），也稱為抗菌肽、宿主防御肽，是在各種生物體中發(fā)現(xiàn)的天然存在的多肽分子，來源包括人類、動(dòng)物、植物和微生物。這些肽在先天免疫系統(tǒng)防御微生物感染方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們具有抗菌特性，可以抑制生長或殺死多種微生物，包括細(xì)菌、真菌、病毒，甚至一些寄生蟲。

       AMP具有廣譜活性，可以針對(duì)多種病原體，有效對(duì)抗各種類型的細(xì)菌、真菌和病毒。這種廣譜活性在處理耐藥微生物時(shí)尤其有價(jià)值。AMP通常會(huì)快速破壞微生物細(xì)胞膜的完整性，導(dǎo)致細(xì)胞裂解和死亡。這種快速作用模式與許多針對(duì)特定細(xì)胞過程的傳統(tǒng)抗生素形成鮮明對(duì)比。除了直接抗菌作用外，一些 AMP還可以調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。它們可以將免疫細(xì)胞遞送到感染部位，增強(qiáng)吞噬作用（免疫細(xì)胞吞噬和消滅病原體的過程），甚至具有抗炎特性，包括皮膚感染、呼吸道感染和全身感染的局部治療。人們還在研究它們?cè)趥谟?、癌癥治療和其他醫(yī)療應(yīng)用中的潛力。

       由于AMP針對(duì)微生物細(xì)胞膜的物理結(jié)構(gòu)而不是特定的細(xì)胞過程，因此它們導(dǎo)致微生物產(chǎn)生耐藥性的可能性較低。這使它們成為對(duì)抗耐藥菌株的潛在候選者。

       AMP的例子包括防御素、抗菌肽等。這些肽是抵御感染的第一道防線的一部分，由多種細(xì)胞產(chǎn)生，包括白細(xì)胞和皮膚、粘膜和其他組織中的上皮細(xì)胞。研究人員正在積極研究抗菌肽，以更好地了解其作用機(jī)制，優(yōu)化其在臨床環(huán)境中的使用，開發(fā)新的治療策略來對(duì)抗感染和抗生素耐藥病原體。

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       粘菌素，第一個(gè)藥用多肽抗生素

       1947年，第一個(gè)抗生素多肽多粘菌素（polymyxins）家族被發(fā)現(xiàn)，由多粘類芽孢桿菌 (Paenibacillus polymyxa) 產(chǎn)生，[1] 包含多粘菌素B1, B2, E等成員（圖1）。

       圖1. 多肽抗生素多粘菌素：多粘菌素B1，多粘菌素 B2，多粘菌素E（colistin）化學(xué)結(jié)構(gòu)。

       多粘菌素首次臨床應(yīng)用是在1959年，粘菌素（Colistin, 粘菌素中文名與其家族多粘菌素容易混淆。粘菌素也被稱為多粘菌素polymyxin E）。Colistin（polymyxin E）是一種抗生素藥物，用作治療包括肺炎在內(nèi)的多重耐藥性革蘭氏陰性菌感染的最后手段。粘菌素于1949年在日本首次由Y. Koyama從一瓶發(fā)酵的多粘芽孢桿菌中分離出來， 并于1959年用于臨床，商品名為Cortisporin?。

       多粘菌素鈉是一種毒性較低的前藥，于1959年可用于注射。在1980年代，由于腎毒性和神經(jīng)毒性，多粘菌素的使用被廣泛停止。隨著多重耐藥細(xì)菌在1990年代變得更加普遍，粘菌素開始重新審視作為一種緊急解決方案，盡管它具有毒性。[2]

       粘菌素Colistin是一種表面活性劑，可滲透并破壞細(xì)菌細(xì)胞膜。粘菌素是聚陽離子的（含有多個(gè)2,4-二氨基丁酸Dab殘基），同時(shí)具有疏水性和親脂性部分。它與細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜相互作用，改變其滲透性。這種作用是殺菌的。還有證據(jù)表明多粘菌素進(jìn)入細(xì)胞并沉淀細(xì)胞質(zhì)成分，主要是核糖體。

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       多肽抗生素（AMPs, Anti-Microbial Peptides）

       常見抗生素，根據(jù)其藥理學(xué)和化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以大致分為：青霉素類（Penicillins）、頭孢菌素類（Cephalosporins）、四環(huán)素類（Tetracyclines）、氨基糖苷類（Aminoglycosides）、大環(huán)內(nèi)酯類（Macrolides）、克林霉素類（Clindamycin）、磺胺類（Sulfonamides）、甲氧芐啶（trimethoprim）、甲硝唑（Metronidazole）、替硝唑（tinidazole）、喹諾酮類（Quinolones）、呋喃妥因（Nitrofurantoin）和多肽類。

       多肽類抗生素（AMP，或稱抗菌肽）是一類化學(xué)性質(zhì)不同的抗感染和抗腫瘤抗生素。屬于AMP的多肽抗生素包括放線菌素-D（actinomycin D/Cosmegen?）, 桿菌肽（bacitracin /Bacitracin?），粘菌素（colistin /Cortisporin?），以及多粘菌素 B（polymyxin B）（圖1,2）。放線菌素-D 已用于癌癥化學(xué)療法。大多數(shù)其他多肽抗生素對(duì)于全身給藥而言毒性太大，但可以作為淺切口和擦傷的防腐劑安全地局部給藥于皮膚。

       圖2. 多肽抗生素放線菌素-D (actinomycin D) 和桿菌肽 (bacitracin) 化學(xué)結(jié)構(gòu)。

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       多肽抗生素抗菌機(jī)理

       抗生素的抗菌機(jī)理大致可以分為三大類：抑制細(xì)胞壁合成、增加細(xì)胞膜通透性、干擾蛋白質(zhì)合成、核酸代謝和其他代謝過程（如葉酸合成）（圖3）。

       圖3. 常見的抗生素抗菌機(jī)制

       多肽抗生素AMPs主要通過兩種不同的機(jī)制發(fā)揮其抗菌作用: 1) 靶向膜的 AMP 破壞細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性；2）非膜靶向的 AMP則主要通過抑制核酸、酶和其他功能蛋白的合成（圖4）。這兩種機(jī)制中，前者破壞細(xì)菌膜的穩(wěn)定性，破壞細(xì)胞膜；后者能夠跨膜轉(zhuǎn)移而不破壞細(xì)胞膜，但會(huì)破壞正常細(xì)胞功能。

       圖4. 多肽抗生素AMPs作用機(jī)制。（圖片來源：Journal of Applied Microbiology）

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       膜破壞機(jī)制

       膜活性多肽抗生素可以通過受體介導(dǎo)或非受體介導(dǎo)的相互作用與微生物細(xì)胞表面相互作用，甚至有些高效的AMP無需任何特定受體即可與細(xì)胞表面上的一般目標(biāo)產(chǎn)生初始相互作用。AMP的物理化學(xué)特性，例如凈電荷、疏水性、兩親性、膜曲率和自聚集傾向，在導(dǎo)致膜完整性破壞的肽-膜相互作用的管理中具有重要作用。[3]這種抑制導(dǎo)致細(xì)胞包膜的滲透性增加、細(xì)胞內(nèi)容物滲漏，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

       膜活性AMP的作用機(jī)制主要依靠陽離子和疏水作用。尤其是帶正電荷殘基（例如精氨酸和賴氨酸等）的AMP與帶負(fù)電荷的細(xì)菌細(xì)胞表面的靜電作用，為AMP與膜結(jié)合提供了重要的驅(qū)動(dòng)力。[4] 細(xì)菌細(xì)胞膜的特點(diǎn)是帶有豐富的負(fù)電荷，例如陰離子脂質(zhì)含量較高，包括磷脂磷脂酰甘油（PG）、心磷脂和磷脂酰絲氨酸，這些負(fù)電荷與AMP上的正電荷（主要是銨離子）產(chǎn)生強(qiáng)大的經(jīng)典引力，而動(dòng)物細(xì)胞膜則具有兩性離子磷脂，例如磷脂酰膽堿（PC）和鞘磷脂（因此較小受到AMPs的破壞與干擾）。

       此外，磷壁酸、脂磷壁酸和脂多糖（LPS）是其他帶負(fù)電荷的細(xì)菌細(xì)胞表面成分，也被認(rèn)為是AMP的潛在靶標(biāo)。因此，與AMP和細(xì)菌膜之間發(fā)生的相互作用相比，AMP和哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜之間的靜電相互作用相對(duì)較弱。此外，哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜含有膽固醇，可增強(qiáng)細(xì)胞膜的穩(wěn)定性并阻止AMP的插入，[5] 為AMPs使用的安全性提供了保障。

       除了豐富的負(fù)電荷之外，疏水性本身也是肽的主要特征（主鏈與疏水性的側(cè)鏈），控制疏水殘基與膜脂脂肪?；湹南嗷プ饔茫瑥亩刂齐牡目缒て尾迦?，以及分配到雙層的疏水核心中，也是多肽抗生素干擾破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的重要機(jī)制之一。[6]但并非疏水性越高越好，一般來說，中等疏水性肽具有最 佳活性，而高度疏水性肽表現(xiàn)出強(qiáng)烈的溶血活性和降低的抗菌活性。[7] 除此之外，多肽的兩親性 (同時(shí)具備親水和親脂的結(jié)構(gòu)) 有助于AMP的α-螺旋二級(jí)結(jié)構(gòu)與膜的結(jié)合親和力。兩親性 AMP的疏水性殘基與脂質(zhì)雙層結(jié)合，而它們的親水性殘基與磷脂基團(tuán)相互作用。[8]

       隨著與膜結(jié)合的AMP濃度增加，它們會(huì)產(chǎn)生肽-肽或脂質(zhì)-肽復(fù)合物。當(dāng)AMP在膜中的積累達(dá)到臨界聚集濃度時(shí)，AMP會(huì)滲透到雙層的疏水核心并在細(xì)胞質(zhì)膜中形成跨膜孔（圖4）。[9]

       ●　在桶板模型中，AMP 分子通過多肽親水區(qū)域的相互作用和自組裝吸附在膜表面。當(dāng)橫向積累的肽單體在膜上達(dá)到一定密度時(shí)，肽塊垂直旋轉(zhuǎn)到質(zhì)膜。最后，肽塊位于雙層的疏水區(qū)域，并構(gòu)建一個(gè)親水表面向內(nèi)的通道。[10]

       ●　環(huán)形桶模型中，肽垂直插入雙層中，類似于桶壁模型，但形成肽-脂質(zhì)復(fù)合物，而不是肽-肽相互作用。肽的這種構(gòu)象促進(jìn)細(xì)菌細(xì)胞膜的局部彎曲，部分被肽包圍，部分被磷脂頭基團(tuán)包圍，導(dǎo)致形成“環(huán)形孔”。[11]

       ●　在地毯模型中，由于帶正電荷的陽離子肽和帶負(fù)電荷的極性磷脂頭之間的相互作用，AMPs平行于膜表面結(jié)合。當(dāng)肽達(dá)到臨界濃度后，它們重新定向到膜內(nèi)部并形成具有疏水核心的膠束，導(dǎo)致膜崩解。[11]

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       非膜活性機(jī)制

       雖然AMP的殺菌作用最初是由膜活性機(jī)制主導(dǎo)的，但隨后人們了解到許多AMP靶向必需的細(xì)胞成分和細(xì)胞功能，導(dǎo)致細(xì)菌死亡的機(jī)制。這些AMP首先在不干擾細(xì)胞膜的情況下轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)，然后通過與細(xì)胞內(nèi)靶標(biāo)相互作用來阻止關(guān)鍵的細(xì)胞過程。例如抑制蛋白質(zhì)和核酸的合成，以及酶和蛋白質(zhì)的降解。[12] 更具體地說，多肽抗生素可以阻止細(xì)胞質(zhì)中合成的肽聚糖前體轉(zhuǎn)運(yùn)到在細(xì)菌細(xì)胞壁，肽聚糖是細(xì)菌細(xì)胞壁形成的關(guān)鍵因素。這種同一抑制細(xì)菌細(xì)胞壁生長，從而抑制細(xì)菌復(fù)制的多肽抗生素，是開發(fā)新抗菌藥物的主要力量。

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       多肽抗生素的耐藥性問題

       許多傳染性病原體，尤其是革蘭氏陰性菌，已經(jīng)對(duì)常規(guī)抗生素產(chǎn)生了耐藥性。在極少數(shù)情況下，這些病原體對(duì)所有市售抗生素都有耐藥性。這種耐藥現(xiàn)象不僅限于細(xì)菌，還延伸到致病真菌、病毒和寄生蟲。同其它類型的抗生素一樣，AMPs也面臨著耐藥性的挑戰(zhàn)。耐藥性是細(xì)菌響應(yīng)這些藥物的使用而發(fā)生突變的結(jié)果，例如通過阻斷作用位點(diǎn)產(chǎn)生耐藥性，因此它不能對(duì)抗細(xì)菌的功能。這種耐藥性發(fā)生的方法可能解釋了多肽抗生素?zé)o法作用于革蘭氏陰性菌，即具有薄肽聚糖層的細(xì)菌，其中生長培養(yǎng)基的變化導(dǎo)致細(xì)菌外膜發(fā)生變化而使得AMPs無法作用。[13]

       相對(duì)來說，多肽類抗生素較少出現(xiàn)耐藥性，例如桿菌肽。在大多數(shù)情況下，多肽克服耐藥性的能力源于它們抑制細(xì)胞壁合成的作用機(jī)制，從而在耐藥性能夠形成之前阻止細(xì)菌細(xì)胞的增殖。這些新型抗生素可以替代傳統(tǒng)抗生素，細(xì)菌衍生的多肽抗生素是人類對(duì)抗細(xì)菌耐藥性的重大寶庫。特別是從芽孢桿菌（Bacillus species）中分離出的多肽抗生素，有可能成為克服當(dāng)前抗生素缺點(diǎn)的最有前途的候選者。[14]

       各種芽孢桿菌菌株的多肽抗生素已被廣泛表征，并且已發(fā)現(xiàn)其中許多肽適用于各種應(yīng)用。[15] 芽孢桿菌屬產(chǎn)生大量具有不同基本化學(xué)結(jié)構(gòu)的肽類抗生素，[16] 包括細(xì)菌素、糖肽、脂肽和環(huán)肽。[17] 因此，芽孢桿菌屬的多肽抗生素可能是傳統(tǒng)抗生素的有前途的替代品，可有效治療單藥和多藥耐藥的傳染性病原體。[18]

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       上市多肽抗生素

       目前，乳鏈菌肽nisin、短桿菌肽gramicidin、多粘菌素polymyxins、達(dá)托霉素daptomycin和蜂毒肽melittin因其抗菌效力而在臨床上用作抗生素。

       ●　Nisin乳鏈菌肽

       乳鏈菌肽Nisin是FDA批準(zhǔn)的GRAS（generally regarded as safe通常被認(rèn)為是安全的）肽，具有公認(rèn)的臨床應(yīng)用潛力。近二十年來，乳鏈菌肽的應(yīng)用已擴(kuò)展到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。研究報(bào)道，乳鏈菌肽可以阻止耐藥菌株的生長，如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌、腸球菌和艱難梭菌?，F(xiàn)在已證明乳鏈菌肽對(duì)革蘭氏陽性和革蘭氏陰性疾病相關(guān)病原體具有抗菌活性。據(jù)報(bào)道，乳鏈菌肽具有抗生物膜特性，可以與常規(guī)治療藥物協(xié)同作用。此外，與宿主防御肽一樣，乳鏈菌肽可激活適應(yīng)性免疫反應(yīng)并具有免疫調(diào)節(jié)作用。越來越多的證據(jù)表明乳鏈菌肽可以影響腫瘤的生長并對(duì)癌細(xì)胞表現(xiàn)出選擇性細(xì)胞毒性。[19]

       ●　Gramicidin D短桿菌肽D

       Gramicidin D（短桿菌肽D）是一種殺菌抗生素，用于治療皮膚病和眼科感染。商品名包括Sofracort, Soframycin, Triple Antibiotic, Viaderm Kc等。Gramicidin D是三種抗生素化合物的異質(zhì)混合物，Gramcidin A、B 和 C，分別占80%、6% 和14%，所有這些都從土壤細(xì)菌物種短芽孢桿菌中獲得，統(tǒng)稱為Gramcidin D。短桿菌肽是具有交替D和L氨基酸的15個(gè)殘基肽，它們?cè)诩?xì)胞脂質(zhì)雙層的疏水內(nèi)部組裝形成 β-螺旋。

       Gramicidin D對(duì)大多數(shù)革蘭氏陽性菌和一些革蘭氏陰性生物具有活性，主要用作局部抗生素，也存在于Polysporin滴眼液中。由于該藥物具有高度溶血性，因此不能內(nèi)服，因此只能以洗劑或軟膏的形式在皮膚上使用。它主要用于治療感染的表面?zhèn)?，以及眼、鼻和喉嚨感染。它通常與其他兩種抗生素（neomycin和多粘菌素B）一起作為眼藥水給藥。

       短桿菌肽 D 結(jié)合并插入細(xì)菌膜（強(qiáng)烈偏好革蘭氏陽性細(xì)胞膜）。這導(dǎo)致膜破裂和透化（它充當(dāng)通道）。這導(dǎo)致 (i) 細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)（例如 K+ 和氨基酸）的損失；(ii) 跨膜電位的耗散；(iii) 呼吸抑制；(iv) ATP 池減少；(v) 抑制 DNA、RNA 和蛋白質(zhì)合成，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

       ●　Daptomycin達(dá)托霉素

       Daptomycin（達(dá)托霉素）是一種環(huán)狀脂肽類抗生素，用于治療由敏感的革蘭氏陽性菌引起的復(fù)雜皮膚和皮膚結(jié)構(gòu)感染以及金黃色葡萄球菌引起的菌血癥。以Cubicin, Dapzura等商品名銷售。達(dá)托霉素適用于治療1歲及以上患者的復(fù)雜皮膚和皮膚結(jié)構(gòu)感染（cSSSI）。它還適用于治療一歲及以上患者的金黃色葡萄球菌血流感染（菌血癥），包括患有右側(cè)感染性心內(nèi)膜炎的成年患者。[20]

       ●　Colistin（前文介紹）

       ●　Vancomycin萬古霉素

       Vancomycin（萬古霉素）是一種糖肽類抗生素，用于治療嚴(yán)重但易感的細(xì)菌感染，例如MRSA（耐甲氧西林金黃色葡萄球菌）感染，商品名包括Firvanq, Vancocin等。萬古霉素是一種支鏈三環(huán)糖基化非核糖體肽，通常被保留為“最后的藥物”，僅在其他抗生素治療失敗后才使用。

       萬古霉素的殺菌作用主要來自抑制細(xì)胞壁生物合成。萬古霉素可防止 N-乙酰胞壁酸（NAM）和 N-乙酰葡糖胺（NAG）肽亞基摻入肽聚糖基質(zhì)中，而肽聚糖基質(zhì)是革蘭氏陽性細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分。萬古霉素與NAM/NAG肽的末端 D-丙氨酰-D-丙氨酸部分形成氫鍵，阻止NAM/NAG肽亞基摻入肽聚糖基質(zhì)中。此外，萬古霉素改變細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性和RNA合成。萬古霉素與其他抗生素之間無交叉耐藥性。

       ●　Oritavancin奧利萬星

       奧利萬星（Oritavancin）是一種抗菌肽，用于治療由敏感的革蘭氏陽性菌引起的急性細(xì)菌性皮膚和皮膚結(jié)構(gòu)感染。商品名包括Kimyrsa, Orbactiv等。奧利萬星適用于治療患有急性細(xì)菌性皮膚和皮膚結(jié)構(gòu)（包括皮下）感染的成年患者。

       奧利萬星通過三種不同的機(jī)制對(duì)抗易感的革蘭氏陽性生物。首先，它與肽聚糖前體結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)糖基作用（聚合）。這個(gè)過程通常發(fā)生在細(xì)菌的細(xì)胞壁合成過程中。其次，奧利萬星通過與細(xì)胞壁五甘氨酰肽橋接片段結(jié)合，抑制細(xì)菌細(xì)胞壁生物合成過程中的交聯(lián)。最后，這種藥物還通過破壞細(xì)菌細(xì)胞膜發(fā)揮作用，干擾其完整性，最終通過各種機(jī)制導(dǎo)致細(xì)胞死亡。[21]

       ●　Dalbavancin達(dá)巴萬星

       Dalbavancin（達(dá)巴萬星）是一種抗菌肽藥物，用于治療由敏感的革蘭氏陽性菌菌株引起的急性細(xì)菌性皮膚和皮膚結(jié)構(gòu)感染（ABSSSI）。商品名為Dalvance。達(dá)巴萬星具有類似于萬古霉素的作用譜和作用機(jī)制，萬古霉素是一種天然形成的糖肽類抗菌劑。

       達(dá)巴萬星的殺菌作用主要來自細(xì)胞壁生物合成的抑制。此外，達(dá)巴萬星還能改變細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性和RNA合成。

       ●　Telavancin特拉萬星

       Telavancin（特拉萬星）是一種抗菌肽，用于治療復(fù)雜的皮膚和皮膚結(jié)構(gòu)感染，以及各種類型的醫(yī)院獲得性細(xì)菌性肺炎。商品名為Vibativ。特拉萬星是一種殺菌脂糖肽，對(duì)多種革蘭氏陽性菌具有活性。Telavancin通過與D-Ala-D-Ala 結(jié)合防止 N-乙酰胞壁酸（NAM）和N-乙酰葡糖胺（NAG）的聚合，以及肽聚糖的交聯(lián)。細(xì)菌細(xì)胞壁合成因此受到抑制。此外，由于親脂性側(cè)鏈部分，特拉萬星破壞膜電位和細(xì)胞通透性。這種額外的殺菌機(jī)制使特拉萬星有別于萬古霉素。