Pexiganan Acetate

抗菌肽（AMPs）是机体先天防御系统的重要组成部分，有望发挥并增强其潜在的抗菌、免疫调节及其他生物活性，与传统抗菌剂和疫苗有效结合，对抗多重耐药（MDR）细菌。它们来源多样（动物、植物、微生物等），功能多样（抗菌、免疫调节、抗癌、抗病毒、抗氧化等），在多个抗菌肽数据库中已根据来源、功能和结构进行了明确分类。然而，目前尚无充分证据支持对抗菌肽来源与功能关系的认识、开发和利用，因为它们的第一功能通常未知或不明确；此外，它们通常还存在稳定性差、毒性高、生产成本高等缺点。这些严重阻碍了其在临床应用中的发展。因此，有必要厘清抗菌肽（AMP）来源与功能之间的关系，并建立一个完整的体系来区分其首要功能，以便更多的抗菌肽候选药物能够尽早进入新药研发流程。同时，针对抗菌肽作为新型抗菌剂的研发流程，提出了关键的基本要素、支架和底层物流，包括以下关键要点：利用异源表达、修饰、封装和联合给药等手段提高抗菌肽的产量、稳定性和安全性，以实现其最终的成功应用。 抗菌肽（AMPs）的发展及双重分类。在图的左侧，截至 2023 年 12 月 19 日，不同来源的抗菌肽被收集在 DRAMP、CAMP、APD 和 DBAASP 等抗菌肽数据库中，其中：（1）首先按家族分类，动物或人类的防御素家族数量最多，达 1091 条序列，占 45%，发挥着重要的免疫调节功能；（2）其次按来源分类，动物来源的抗菌肽占 26.6%，仅次于化学合成来源的 38%，在总共 32589 条序列中位居第二，这与前文防御素家族排名第一的情况相符；（3）最后还收录了经文献报道验证的抗菌肽的独特杀菌机制。在图的右侧，抗菌肽的双重分类（来源导向和自身功能导向），一方面，（1）按来源分类，很容易发现：动物来源的抗菌肽倾向于发挥免疫调节作用，微生物来源的抗菌肽倾向于作为抗菌药物，而植物来源的抗菌肽则倾向于具有抗氧化或促生长的作用；另一方面，（2）按自身功能导向的功能：免疫调节（具有明确的途径和较弱的抗菌活性）、抗菌药物（针对细菌成分且抗菌活性更强）以及其他物质的开发。两个图标分别代表“Web of Science”和“NCBI”。（观点：根据迈克尔·扎斯洛夫的观点，不同物种的抗菌肽应分别位于其独特的抗菌肽家族中；因此，可以合理推断它们在体内也应发挥各自独特的功能；这就是我们绘制图 1 的原因。） 药物的作用靶点和免疫调节剂的作用途径是临床应用开发的前提条件。众所周知，肽类抗生素作为具有明确靶点的药物，例如万古霉素作用于细胞壁前体肽聚糖末端的丙氨酸，多粘菌素作用于外膜多糖上的带负电荷的脂质 A，达托霉素通过破坏细胞膜功能的多个方面来杀灭细菌而不侵入细胞质，短的抗菌肽通过与细胞壁形成孔道来抑制细菌。因此，抗菌肽的多功能性应具有明确的分子靶点或途径，并且要有用于临床应用的首要功能。自 20 世纪 70 年代中期以来，抗菌肽一直被作为药物开发的重点，主要是因为其抗菌活性；然而，其针对病原体或宿主的首要功能及其靶点或途径却很少被明确研究，尤其是对于各种非结构化抗菌肽，甚至以所谓的多靶点为借口来掩盖其靶点不明确的问题，而结构化抗菌肽（即肽类抗生素）都有明确的作用靶点。幸运的是，几乎只有第一种真菌防御素——普莱克辛（plectasin）在向最近的上市途径迈进时遇到了障碍，其主要问题在于其清晰的α-螺旋和β-折叠的高级结构以及在细菌中的靶分子，它能以 1:1 的摩尔比与革兰氏阳性菌的细胞壁前体脂质 II 结合，进而抑制细胞壁的合成，从而主要杀灭革兰氏阳性菌，成为其药物性的先驱，但因缺乏良好的药理学和药代动力学方案而遭遇瓶颈，在模型动物和靶动物体内对蛋白水解敏感；另一种情况，Buforin II 可穿透脂质体而不影响膜通透性，并与 DNA 和 RNA 结合；Bac5 的 N 端片段通过结合核糖体的隧道并阻止翻译从起始阶段过渡到延伸阶段来抑制细菌蛋白质的合成。另一方面，LL-37 主要发挥免疫调节作用，作用于革兰氏阴性菌的标准膜成分脂多糖（LPS）；它还能影响 MAPK、EGFR、NF-κB 通路；hDPs 或 IDR 可以与膜受体（FPR2、P2X7、CXCR2）、NF-κB、JNK、细胞内受体 NF-κB、P38、ERK1/2、JNK 结合。上述抗菌肽具有明确的作用靶点或作用途径，表明它们具有更好的潜力和药理学基础，有望开发成临床药物或免疫调节剂。一些抗菌肽，如 XMP 629、pexiganan 和 surotomycin 已进入临床试验（I、II、III 期），但未获得 FDA 批准或被推迟，主要是由于成药性较弱或作用靶点和途径不明。因此，基于良好成药性的明确靶点是小肽成功应用的首要关键，无论其作用方式是单一模式还是多模式。 目前，诸如普莱克辛、佩西加纳和组蛋白等各类抗菌肽已进入临床前和临床试验阶段，但它们在临床终端作为药物的应用仍将面临一些挑战。 1 如何识别抗菌肽（AMPs）的首个靶点和首个功能 抗菌肽的多靶点和多功能性具有优势，但也带来了特定靶点和首要功能不明确的缺点，这阻碍了许多抗菌肽的临床应用。我们知道，许多具有明确靶点的抗菌肽（如肽类抗生素——杆菌肽、达托霉素、万古霉素）已上市，其靶点为革兰氏阳性菌的脂质 II。HNP1 进入革兰氏阴性菌的细胞膜后，可抑制 DNA、RNA 和蛋白质的合成，还能与脂质 II 结合杀灭细菌。此外，首个真菌防御素 plectasin 也具有明确的靶点，即与细胞壁前体脂质 II 结合，抑制革兰氏阳性菌的细胞壁合成，这是其药效学的基石；但其面临的挑战是体内稳定性差，药代动力学评估困难；另外，如上所述，pexiganan、XMP-629 和 surotomycin 曾处于临床试验阶段，但因靶点、作用途径不明确等原因而停止（表 2）。因此，明确的靶点、作用途径和首要功能对于成功应用是必要且关键的。 事实上，针对多效性表型中抗菌肽（AMPs）的首要或初始功能进行探索和识别的研究非常少。显然，单纯追求明显的抗菌活性可能会陷入耐药性困境，例如，作为防御素肽的 LL-37 通常被不适当地强加于其抗菌活性，而非其实际的首要免疫调节功能。基于经验总结，大多数动物来源的抗菌肽（包括防御素、人防御素、LL-37、血管活性肽 VIP、抗菌肽和衍生抗菌肽）主要发挥免疫调节的首要作用，应继续沿免疫调节方向发展，作为免疫调节剂而非抗菌剂。而微生物来源的抗菌肽，包括窄谱抗菌肽（nsAMP）和广谱抗菌肽（wsAMP），如乳酸链球菌素、普莱克肽和真菌肽，具有与万古霉素、达托霉素和广谱青霉素类似的窄谱活性特征，具有良好的抗菌性和成药性，应锚定在抗菌剂方向而非免疫调节机制上。目前，对于多效性表型中抗菌肽的首要功能尚无科学的鉴定方案。它们被不准确地整合进了通用数据库。因此，需要一个分类系统来确定其首要功能；尽管动物来源和微生物来源分别倾向于免疫调节和抗菌功能，但其真正的首要功能必须严格依据在特定时空条件下（抗菌或免疫调节）的最终实验结果来确定。 2 抗菌肽、抗生素和疫苗之间的关系 第一种抗生素青霉素于 1928 年被发现，经过 14 年的研究，于 1942 年获得美国食品药品监督管理局批准使用，1951 年在中国首次生产。此后，作为疾病治疗手段的抗菌物质一直受到广泛关注，并依赖于抗生素这一成熟的研究路径。nsAMPs 比抗生素晚约 50 年出现，自 20 世纪 70 年代中期以来发展迅速，随后又持续了约 50 年直至今日，尽管其推出频率很低，但 wsAMPs 比抗生素晚约 10 年，其发展进程更为显著。总体而言，肽类抗生素即 wsAMPs 是众多抗生素类型中的一种，与 nsAMPs 不同，从而在 AMPs 和抗生素之间形成了交叉或重叠的范围（图 2，表 1）；前者作为治疗药物或食品防腐剂，已成功开发并得到广泛应用。例如，1939 年从乳酸链球菌中发现了杆菌肽，1945 年从短小芽孢杆菌中发现了多粘菌素，1945 年从多粘芽孢杆菌中发现了杆菌肽，1947 年从枯草芽孢杆菌中发现了乳酸链球菌素，1956 年从东方链球菌中发现了万古霉素，1980 年从雷氏链霉菌中发现了达托霉素，它们分别于 1951 年、1948 年、1988 年、1958 年和 2003 年获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准。更近一些或在同一时期，1952 年在昆虫中发现了蜂毒肽，1981 年在青蛙中发现了抗菌肽，1987 年在人类中发现了麦加辛，1995 年在牛中发现了杆菌肽，2003 年在海毛虫中发现了阿雷尼辛，它们都是宿主防御系统的重要组成部分。但这些天然抗菌肽，包括多粘菌素、万古霉素和泰斯巴汀，由于被 d-立体特异性肽酶水解切割，对细菌具有很强的耐药性，更不用说其他抗生素了。 不出所料，这种长期过度使用的负面高压或压力可以通过 2005 年从黑拟青霉中发现的普莱克辛和 2016 年从草履虫中发现的 cPcAMP1/26 等重组抗菌肽得到有效缓解。实际上，nsAMPs 和 wsAMPs 能够与其他传统抗生素很好地协同作用，通过互补和正向相互作用的方式，发挥抗菌肽的优势，即通过增加细胞膜通透性并进入细菌来抑制其细胞内功能，从而迅速杀灭微生物；因此，它们的协同作用可以补充或增强包括肽类抗生素在内的抗生素效果，提高临床疗效，减少剂量和毒性，并防止耐药性的产生。一般而言，抗菌肽最初是通过核糖体（如 plectasin、arenicin、nisin）和非核糖体（如万古霉素、达托霉素、多粘菌素）途径合成，并通过基因编码和突变进化而来，与细胞内的其他因素相互作用以维持内部环境的稳态。通过结构生物化学方法，它们可以在体外异源表达和化学合成，包括用于制药目的的杂环抗生素。当要关注抗菌肽（AMPs）以提高抗菌活性和联合使用时，明确长链抗菌肽（nsAMPs）和短链抗菌肽（wsAMPs）之间的首要功能，即肽类抗生素如杆菌肽、达托霉素、多粘菌素、万古霉素、奥利万星、达巴万星、特拉万星，是非常必要的。单独使用抗菌肽或与传统抗生素联合使用对多重耐药菌的抑制效果更佳，这是由于其能迅速杀灭细菌，减少诱导耐药性的可能性，并在联合使用时降低包括肽类抗生素在内的抗生素用量；氯霉素与Buforin II、Cecropin P1 和 Magainin II 对嗜麦芽窄食单胞菌 SM-02.95 和 SM-01.98 具有抗菌协同作用（FIC 指数≤0.5），这是由于其能增加细菌膜的通透性；Ranalexin 与克拉维霉素、万古霉素、利福平和环丙沙星联合使用对 40 株耐甲氧西林金黄色葡萄球菌医院分离株具有协同作用，这是由于其增强了细菌肽聚糖水解酶的活性。 此外，在研究抗菌肽与疫苗之间的关系时，我们可以看到它们之间存在跨区域/范围和互补作用（图 2，表 1）；抗菌肽可能具有某些未知的免疫原性，且具有特殊的生物效应，可用于暂停作用。这一特性可用于从抗菌肽（如乳铁蛋白 B、多聚体 001、VIP140-180 和 GP2 肽疫苗）中开发新的重组肽疫苗。肽疫苗是小分子，免疫原性差，因此机体可能无法产生免疫反应，还可能形成免疫耐受。肽疫苗半衰期短，人群中 MHC 的多样性增加了表位选择的难度。 最后，细胞穿透肽（CPP）和靶向肽具有抗菌肽独特的优点和特殊用途，凭借其细胞穿透能力和靶向识别能力，它们可以与药物和抗体结合，用于精准治疗。蜂毒肽的衍生物 Hecate（23 个氨基酸）作为 CPP，通过零长度连接子与万古霉素连接，结果表明这种新的抗菌剂对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐万古霉素金黄色葡萄球菌具有强大的活性，克服了抗生素在治疗多重耐药菌方面的局限性。更重要的是要了解抗菌肽之间的关系，从更高更广的维度来看抗生素和疫苗，其科学分类和明确的角色分配有助于在健康管理实践中发挥和融合它们的优势，弥补它们的不足，形成预防和治疗的铁三角结构（图 2，表 1）；由抗菌肽、抗生素和疫苗构成的健康保护铁三角理论的本质在于通过良好协作来维持病原体、抗菌剂、疫苗、免疫调节剂和耐药性之间的平衡，而非单纯的替代。我们高度期待并赞赏抗菌肽在疾病预防和治疗中融合了疫苗和抗生素的优势，作为体内固有的防御系统，它们在日常中发挥着维护健康的作用，避免了抗生素在动物和环境中产生高耐药性和高残留的风险，以及疫苗在体内易致病原体突变和消耗能量的问题。 更重要的是，抗菌肽（AMPs）能够早期预防和治疗疾病，控制轻度症状，降低重大疾病和流行病的发病率，避免使用大剂量药物来治疗严重症状，从而在上游延缓、减少甚至避免耐药性的产生。但我们必须面对并解决这样一个真正棘手的事实：自 20 世纪 70 年代中期以来，至今没有一种候选的新型抗菌肽（nsAMP）进入临床应用，其主要原因是药物瓶颈，尤其是药理学和药效学方面的问题，这些问题对于全身给药的评估至关重要；更重要的是，要揭示候选新型抗菌肽（nsAMP）的背景信息，并设计路线图和时间表，以便根据抗菌肽的来源线索或来源构建研发管线。总之，随着纳米抗菌肽（AMPs）封装技术、提高药物性和稳定性的新型负载/递送载体技术以及具有多种来源、结构和功能的抗菌肽生物/化学合成技术的突破，这些抗菌肽将能够通过与抗生素和疫苗有效协作和互补，为缓解多重耐药疾病（MRD）和健康管理作出其特殊且独特的贡献（图 2，表 1）。 科学分类及天然抗菌肽、抗生素和疫苗之间的协同作用以实现精准治疗。广义的抗菌肽包括依赖于翻译后修饰的具有杂环或侧链或稀有氨基酸的关键肽结构的核糖体和非核糖体合成型抗菌肽及其衍生物，如肽类抗生素和肽类疫苗，而狭义的抗菌肽通常指仅含天然 L 型氨基酸且翻译后修饰程度低/简单的核糖体合成型典型抗菌肽（nsAMPs），包括杀菌肽（如 plectasin、arenicin、APP139、AP138、SAAP-148）、具有抗菌特性的免疫调节肽（如 LL-37、cathelicidin、hDPs、VIP）以及细胞穿透肽（CPP）等。注意：图 2 中的所有抗菌肽、肽类抗生素（gramicidin、daptomycin、lotilibcin、polymyxin B、nisin A、oritavancin）和肽类疫苗（lactoferrin B、multimeric001、V3（HIV-1）、VIP 140-160、GP2、3D189）均为从数据库中选取的代表性物质，并在论文正文中有所引用（想法：随着越来越多的多效抗菌肽被发现和研究，有必要明确其功能，并清晰地区分它们各自的身份，为实现协同发展的正确性奠定基础和建立联系。 3 提高抗菌肽的成药性 3.1 药物作用性验证 首先，作为易被蛋白酶降解的小肽，抗菌肽（AMPs）在体内给药时尤其容易被胰蛋白酶降解，这是其作为药物的第一个瓶颈，即成药性较弱。我们提出并认同两种解决方案，首先是对稳定性进行改进，其次便于局部给药。众所周知，环状和 D 型抗菌肽表现出更高的稳定性，但环化、脂肪酸化和酰胺化可能会增加其活性，同时也可能带来高毒性和耐药性的风险，例如，N6 抗胰蛋白酶肽（GFAWNVCVYRNGVRVCHRRAN）通过其 C 末端酰胺化得到改进；Vogel 等人报告称，Combi（RRWWRF）和 LfcinB 衍生的六聚体（RRWQWR）的 C 末端酰胺化对降低人血清羧肽酶降解没有明显效果，而 N 末端乙酰化或同时进行 C 末端酰胺化和 N 末端乙酰化则显著提高了它们对蛋白酶的抗性；此外，据报道，纳米递送系统使抗菌肽实现了更高的稳定性、缓慢、持久和精准释放的效果。后一种方式似乎更受欢迎，其递送系统包含多种方式：（一）多孔材料：它们被广泛用于递送受保护的抗菌肽，通过将其封装在多孔材料（如介孔二氧化硅和介孔钛）中，保护 NZX 和 bactofencin A 免受蛋白质降解，并在特定位置释放它们，从而显著提高封装后的细胞内杀菌能力和生物膜去除能力。（二）表面吸附材料：抗菌肽的阳离子性质、疏水性和两亲性有助于其与不同材料（聚合物胶束、聚合物纳米胶束、脂质体）的表面相互作用和吸附，从而易于运输并为抗菌肽提供更好的保护；据报道，抗菌肽 KYE28 与胶束结合可去除生物膜，并促进缓慢、持久和精确的释放。（三）水凝胶材料：它们被用作抗菌肽的载体，通过物理结合和优化温度敏感凝胶、pH 敏感凝胶、离子或电荷吸引等因素，极大地提高了生物相容性、精确释放等优点；抗菌肽 NZ2114 和 NZX 被负载于水凝胶中，用于伤口或病灶时具有更好的杀菌效果、更低的毒性以及更高的生物活性。 3.2 药物组合的应用空间广阔 抗菌肽（AMPs）作为人体抵御外来病原体入侵的第一道先天免疫防线的重要组成部分，且在低浓度下多种抗菌肽成分之间具有理想的协同作用，为其组合使用提供了更多的选择和可能性；此外，基于天然抗菌肽的特性及活性，设计出了多种类似物（聚氨基酸、环肽、D 型肽等），以满足组合使用时的更多需求。另一方面，抗菌肽在体外易降解，功能有限，环境中的多种抗菌肽的协同作用不足以满足所有抗菌肽对抗更多病原体和疾病这一特殊关键需求。因此，应扩大并聚焦抗菌肽与其他抗生素、化学药物和活性因子的协同作用范围。我们发现，抗菌肽与肽类抗生素的组合使用极大地降低了抗生素耐药性，并减轻了抗生素耐药性进化的可能性。抗菌肽可与抗生素/肽类抗生素及其他化学药物结合，作为穿透肽以增强其穿过细胞膜的能力，从而发挥更有效的杀菌作用；例如，与氨苄西林联合使用时，magainin 或其衍生物肽能显著抑制细菌，效果优于单独使用氨苄西林。此外，magainin II 和 cecropin A 与万古霉素结合，能在体外和体内有效抑制金黄色葡萄球菌。全面了解抗菌肽及其与其他抗菌剂的协同作用至关重要；通过更多更好的组合模式，我们相信细菌将没有机会进化出多种独立的耐药机制，从而极大地预防耐药性的出现。 3.3 通过高产技术优化成本效益比 大多数抗菌肽是通过化学固相合成获得的，尤其是约 10 个氨基酸的小肽。化学合成成本高昂，迫切需要新的制备技术，特别是对于富含二硫键和其他复杂高级结构的一些抗菌肽，这极大地加剧了制备的难度；因此，应高度重视如何以低成本实现高产。异源表达技术可以在大肠杆菌、酵母和乳酸菌表达系统等中实现外源蛋白的高产，但对超过 4000 种抗菌肽序列而言，普遍适用性非常罕见。据报道，NZ2114、NZX 和 P2 在毕赤酵母系统中高表达，上清液中的总蛋白浓度分别达到 2.1、2.82 和 1.5 克/升；而抗菌肽 P113 在大肠杆菌中能够实现高产，且成本大幅降低。总之，抗菌肽在临床应用中的主要问题在于多靶点/无靶点、不稳定、成药性差、产量低以及口服生物利用度差，因此应持续关注并加强合成/表达、递送系统、靶向肽、细胞穿透肽、稳定肽技术以及抗菌肽与其他抗菌剂之间的协同互补机制的创新和优化，从而将强烈的活性和特异性、更好的稳定性、高产量和低成本相结合，为抗菌肽的临床应用奠定基础。自新世纪以来，我们团队成员一直在致力于上述目标的研究（图 3）。 图3 抗菌肽应用的挑战与解决方案。为提高药物性，有四个主要方面需要改进——良好的稳定性、高产量、强活性和明确的靶点，图 3 中详细说明了针对每个方面逐一改进的解决方案。（思路：抗菌肽药物性较弱是普遍且首要的问题，因此图 3 展示了专门解决此问题的方向、建议和工具箱 4 建议 上述关于抗菌肽（AMPs）系统分类中必要且关键、重要及重要性、可能性及可行性的描述，以及来源和结构导向功能、首要功能和靶点明确化等内容，为新型抗菌肽分类工程的要素和支架、结构和系统、协议和操作指明了方向、路径和基础方式，其详细运行程序如下：基于当前的抗菌肽数据库 APD（https://aps.unmc.edu/AP/）、DBAASP（https://www.dbaasp.org/home）、CAMP（https://camp.bicnirrh.res.in/）、DRAMP（http://dramp.cpu-bioinfor.org/）、肽图谱（http://www.peptideatlas.org/）以及 NCBI（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/）、Web of Science（https://webofscience.clarivate.cn/wos/alldb/basic-search）等公共开放文献库，收集、分析并消化已进入 I/II/III/IV 期临床试验的抗菌肽信息。 首先，对抗菌肽来源进行初步分离和预评估。微生物来源的抗菌肽（AMPs）常用于抗菌药物的研发，动物来源的 AMPs，尤其是免疫细胞来源的，常用于免疫调节剂、药物佐剂、食品防腐剂/饲料添加剂的研发，而植物来源的 AMPs 可用作抗氧化剂或生长促进剂及其他饲料添加剂。随后，需确定 AMPs 的最小抑菌浓度（MIC）值、抗菌谱、靶分子及结合机制、免疫调节途径和治疗效果。 建议 AMPs 的研发流程如下：（1）明确目标并进行表征，（2）测试 MIC 值和抗菌谱，（3）根据起始点设定 MIC 值阈值（<16μg/mL 或更低）进行设计和筛选，（4）反馈并重新筛选，（5）依照生物/化学药物研发的经典流程依次进行：药剂学、药理学和毒理学、制备工艺及临床前评估（图 4）； 对于免疫调节肽的研发流程也建议如下：（1）必须对具有触发机制的明确监管途径给出肯定答复，（2）抗体或细胞因子水平出现显著变化，即效价或滴度，（3）通过来源、时空、生理生化分析（包括体内/体外免疫学和抗菌检测）对免疫调节和抗菌作用进行专属性评估；然后，根据分类标准的要求，对候选肽进行重新分类、交叉验证，并使用计算机算法 RF、SVM、ANN 对各种类型的肽（抗菌肽、免疫调节肽和其他肽）进行检查和模拟，以构建肽应用分类模型。最终，期望为专门应用肽数据库的构建提供有利支持，从而指导肽在寻找新药、免疫调节剂等方面的研发和应用（图 4）。 5 结论 在本文中，狭义典型抗菌肽被定义为由基因编码、通过核糖体合成、由 L-天然氨基酸组成，可通过简单的 DNA 重组异源表达且后翻译修饰程度低的肽，简称为 nsAMPs；而包含主要短肽和其他杂环环（如杆菌肽、替考拉宁、多粘菌素、达托霉素、万古霉素、黏菌素、奥利万星、达巴万星和特拉万星）且高度依赖后翻译修饰的肽类抗生素，则属于广义非典型抗菌肽，简称为 nrAMPs，包括核糖体和非核糖体合成类型，含有关键肽结构、稀有/D-氨基酸、杂环和侧链，主要通过化学合成，也可通过复杂的代谢重组菌株异源表达。 不同来源的抗菌肽往往遵循不同的功能方向，具体而言，动物来源的抗菌肽往往作为免疫调节剂或佐剂遵循免疫调节方向；微生物来源的抗菌肽主要发挥抗菌剂的作用，包括 nsAMPs 和 wsAMPs，应按照抗菌药物的方向进行开发；并且植物抗菌肽通常具有抗氧化和抗应激功能，主要会用于开发抗氧化剂和其他功能性食品/饲料增强剂。对第一种功能的研究有助于克服抗菌肽研发中的挑战。最后，围绕抗菌活性、免疫途径、靶点和触发因素以及它们的时空关系这一关键线索，从数据库和天然来源收集/分离、表征、评估、分析和分类各种抗菌肽，建立抗菌肽分类的标准体系，为抗菌肽在现代医学和健康产业中的精准应用奠定初步基础。 参考文献：doi.org/10.1002/med.70016 扫码联系我们 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第一作者：符起富 通讯作者：孙志良、李基云、王雅楠 第一单位：湖南农业大学 DOI：10.1016/j.micpath.2026.108421       近日，湖南农业大学动物医学院孙志良、李基云团队在抗菌肽研究领域发表系统综述，全面梳理了抗菌肽的发现历程、分类体系、结构—功能关系、作用机制、联合用药策略及临床转化挑战。       该综述聚焦抗菌肽这一新型抗感染候选分子，以通俗方式解析其来源、杀菌机制与应用优势，并深入剖析其在体内稳定性、药代动力学、宿主毒性、治疗窗口、适应症选择和产业化制备等方面的瓶颈，阐明抗菌肽为何“体外表现优异、临床转化受阻”，并展望其通过理性设计、AI筛选、联合用药和递送优化实现突围的路径。 一、研究背景 全球抗生素耐药问题日益严重，多重耐药、广泛耐药乃至全耐药的菌株不断出现，传统抗生素正逐渐失效。在此背景下，抗菌肽被视为最有潜力的“下一代抗菌武器”——天然存在、杀菌迅速、不易诱发耐药、抗菌谱广，听起来几乎完美。然而现实是，超过90%的抗菌肽至今未能真正进入临床。 二、研究内容 1. 抗菌肽到底是什么？ 简单来说，抗菌肽是生物体自身产生的一种天然防御小分子，由10到50个氨基酸组成，通常带正电，能精准识别并攻击带负电的细菌膜。它们广泛存在于动物、植物、昆虫乃至微生物中，不仅能杀灭细菌、真菌和病毒，还具有抗炎、促进修复等多种功能。抗菌肽并非人工合成的新奇分子，而是亿万年进化过程中保留下的先天免疫武器。 图1. APD3数据库中的天然AMP来源分布 2. 它是怎么被发现的？ 抗菌肽的发现始于1922年，弗莱明发现溶菌酶，让人类首次意识到天然抗菌物质的存在。而真正意义上的第一个抗菌肽，是1981年从天蚕蛾中分离出的天蚕素（cecropin）。此后，科学家在各类生物中展开了大规模挖掘：蛙皮、哺乳动物免疫细胞、昆虫血淋巴、植物防御素、细菌分泌的细菌素，以及真菌和古菌等。如今，已知的抗菌肽已超过上万条，相关数据库越建越大，但真正能成功开发为药物的，仍然寥寥无几。  3. 抗菌肽怎么分类？ 关于抗菌肽的分类，目前最实用的方式主要有三种。按来源，可分为天然抗菌肽（来自动物、植物、微生物）和人工设计抗菌肽（通过化学合成或基因工程改造，更稳定、活性更强）；按结构，则主要包括α-螺旋型（最常见，如“小弹簧”般刺破细菌膜）、β-折叠型（依赖二硫键稳固，耐酶且稳定）、延伸型或无规卷曲型（富含脯氨酸、色氨酸，常通过胞内途径杀菌）以及环肽（稳定性极强，是未来药物研发的热门方向）；按功能，则可区分为抗菌、抗真菌、抗病毒、抗炎、促伤口愈合、抗生物膜等不同类别；值得注意的是，许多抗菌肽身兼多种功能，属于“多功能选手”。 图2. 抗菌肽四大主要类别的结构示意图 4. 抗菌肽最强优势：为什么它能替代抗生素？ 抗菌肽之所以被寄予厚望，甚至被视为可能替代抗生素的关键武器，主要源于四大核心优势。第一，细菌很难对其产生耐药性。传统抗生素通常只攻击单一靶点，细菌一次突变即可逃脱；而抗菌肽采取多靶点攻击策略，同时作用于细胞膜、DNA、RNA和蛋白合成，细菌几乎不可能同时突变所有靶点。第二，杀菌速度极快。传统抗生素需要缓慢积累浓度，而抗菌肽仅需几分钟到几十分钟就能破坏细菌膜，导致细菌迅速崩解死亡。第三，兼具抗炎功能。许多感染致死的主因并非细菌本身，而是过激的炎症风暴；抗菌肽能抑制LPS、降低TNF-α和IL-6等炎症因子水平，一边杀菌一边保护宿主组织。第四，抗菌谱广且能对付耐药菌，对MRSA、克雷伯菌、铜绿假单胞菌等超级细菌依然有效。 5. 它到底怎么杀细菌？ 目前已知有四大机制。其一是破膜杀菌，也是最主要的路径：带正电的抗菌肽吸附到带负电的细菌膜上，随后插入膜中，通过桶板模型、环形孔模型或地毯模型等方式打孔或撕裂细胞膜，导致内容物流出，细菌死亡。其二是胞内杀菌，部分肽并不强烈破坏细胞膜，而是直接进入细菌内部，抑制DNA/RNA复制、阻止蛋白合成、干扰细胞壁合成或破坏能量代谢，代表肽有buforin Ⅱ、indolicidin和富脯氨酸肽。其三是攻击细胞壁，通过结合细胞壁前体Lipid II，阻止细胞壁组装，最终使细菌因无法承受内部渗透压而破裂死亡。其四是免疫调节，并非一味杀得越猛越好，而是让免疫系统不过度反应，降低炎症、保护组织，从而提高感染后的存活率。 图3. AMPs发挥抗菌作用的机制示意图 6. 抗菌肽与抗生素联用实现1+1>2 的超级方案 抗菌肽与抗生素二者协同杀菌，不仅能降低抗生素的用量、恢复耐药菌对传统抗生素的敏感性，还能减少药物的毒副作用，并延缓新的耐药性出现。大量体外实验表明，这种组合的协同指数可降至0.1以下，杀菌效果提升数十倍。 7. 为什么大多抗菌肽“做不成药”？ 尽管抗菌肽在理论上优势显著，但现实中绝大多数却难以成药，背后主要有五大原因。第一，稳定性太差。体内蛋白酶很容易将其降解，半衰期往往只有几分钟，口服会被消化，静脉注射后也很快被清除。第二，药代动力学不理想。抗菌肽普遍存在吸收差、分布不佳、清除快、体内浓度难以上升等问题。第三，毒性与溶血风险。部分抗菌肽在杀菌的同时会误伤人体红细胞和其他正常细胞，导致治疗窗很窄——有效浓度与毒性浓度十分接近。第四，成本高昂。化学合成价格不菲，规模化生产难度大。第五，临床设计失误。许多抗菌肽本适合外用、创面或局部给药，却被强行用于全身注射，自然难以成功。典型失败案例包括：外用治疗糖尿病足溃疡的Pexiganan，在三期临床试验中未优于标准疗法；靶向铜绿假单胞菌的Murepavadin，因肾毒性问题终止了三期研究。目前真正成功上市的肽类抗菌药，如多黏菌素、达托霉素、万古霉素，虽然也算“肽类”，但其作用机制与成药路径和大多数天然抗菌肽并不相同。 表1. 经临床批准的基于肽或肽衍生物的抗菌药物 8. AI赋能：从盲目筛选到理性设计 人工智能正在从根本上改变抗菌肽的研发方式。如今，科学家不再依赖盲目筛选，而是让AI从头设计抗菌肽：预测序列、活性、毒性和稳定性，从宏基因组中挖掘隐藏的新肽，一次就能生成几十万条候选分子。例如，AMPSphere项目利用AI从宏基因组中挖掘出86万条潜在抗菌肽，首批合成了100条，其中79条表现出活性。不过，AI也面临瓶颈，比如数据偏倚、主要预测活性而难以预测药代行为，以及体外效果好不等于体内有效。未来的方向必然是AI设计、实验验证与闭环优化三者结合。 9. 抗菌肽能用在哪些地方？ 抗菌肽的应用领域十分广泛。在医疗方面，可用于治疗耐药菌感染、创面感染、烧伤，还可作为植入物的抗菌涂层以及用于抗生物膜。在农业领域，抗菌肽能够替代抗生素促进动物生长，增强植物抗病抗真菌能力，也适用于水产养殖抗菌。在食品行业中，它可作为天然防腐剂、制成抗菌包装膜，从而延长食品保质期。 10. 抗菌肽临床转化之路：四大关键发力方向 要让抗菌肽真正走向临床，未来需要在以下四个关键方向发力：第一，研发路径上先做局部应用，再做全身治疗，从外用、吸入逐步推进到静脉注射；第二，优先优化稳定性，再追求高活性，通过环化、引入D-氨基酸、脂修饰等手段提升抗降解能力；第三，借助AI实现多目标优化，同时兼顾活性、毒性、稳定性与药代动力学性能；第四，采用联用策略，将抗菌肽与抗生素、递送系统组合使用，发挥协同效应。 总结 抗菌肽并不是一个“新概念”，而是被低估了四十年的超级武器。它天然存在、作用高效、不易产生耐药性，并且功能多样，完美契合下一个抗菌时代的需求。尽管过去的研发道路上失败案例很多，但随着结构设计、人工智能算法和递送系统的不断突破，第一批真正意义上的新一代抗菌肽药物即将到来。在传统抗生素日益失效的今天，抗菌肽，很可能就是人类对抗超级细菌的最终答案之一。 END 作者|符起富 编辑|徐佳琳 审核|李基云 原文链接： https://doi.org/10.1016/j.micpath.2026.108421 点击下方蓝字阅读原文