一、抗菌肽的研究进展
1. 概念
抗菌肽（Antimicrobial peptides，AMPs）是生物体内存在的一种具有抗菌活性的肽类物质，氨基酸数目通常10-50个，常带正电荷， 并具有广谱抗菌活性。
AMPs是很多生物先天性非特异性防御系统的重要组分。当机体受到损伤或病原微生物人侵时，能迅速产生抗菌肽杀伤入侵者。AMPs合成的速度非常快，比IgM快10多倍，因此堪称机体理想的第一道防线。
1980年，瑞典科学家G.Boman等人从注射大肠杆菌、阴沟肠杆菌的惜古比天蚕蛹（Hyalophora cecropia）中鉴定发现了世界上第一个抗菌肽——天蚕素（Cecropins），之后人们陆续从动物(包括脊椎动物和无脊椎动物)、植物、细菌和真菌中分离出多种抗菌肽。
2. 特点
不同来源的抗菌肽或同一来源的不同抗菌肽，在氨基酸组成和序列上存在明显的差异，但具有一些相似的规律。
（1）一级结构：具有一定的保守性，N端富含亲水性的赖氨酸、精氨酸等碱性氨基酸残基，C端则含有大于30%的疏水性氨基酸残基。
（2）二级结构：存在一些相似的特点吗，大多数抗菌肽除了都有两亲性的α-螺旋结构，还有β- 折叠、线性伸展螺旋结构和环链结构。
（3）理化性质：
① 热稳定性好，在100℃条件下 30 min 仍能保持一定的活性
② 等电点一般 >7，表现出较强的阳离子性
③ 具有较强的抗酸、碱及抗离子强度的特性
④ 部分抗菌肽还能通过作用于胰蛋白酶上的特殊位点，抵抗胰蛋白酶的水解作用
3. 分类
（1）按来源分：
① 昆虫抗菌肽：如天蚕素类和昆虫防御素
② 植物抗菌肽：如硫素植物防御素、 脂转移蛋白橡胶蛋白类、打结素类、凤仙花素、 蜕皮素等
③ 鱼类抗菌肽：分布范围相对比较广，在鱼类体表、皮肤、鳃、血液、血清、小肠和肝脏组织等。
④ 哺乳动物抗菌肽：多在吞噬细胞和黏膜上皮细胞表达，包括防御素、Cathelieidins 、 histatins等。
（2）按结构分：
① 单链无半胱氨酸残基的α-螺旋，或由无规卷曲连接的两段α-螺旋组成的肽
② 富含某些氨基酸残基、不含半胱氨酸残基的抗菌肽
③ 含1个二硫键的抗菌多肽
④ 有2个或2个以上二硫键，具有β-折叠结构的抗菌肽
⑤ 由其它已知功能的较大多肽衍生而来的具有抗菌活性的肽
4. 抗菌肽作用机制
目前，抗菌肽作用于细菌的确切机制尚不完全清楚。但一般认为最有可能的是：抗菌肽的两亲性结构能选择性的破坏细胞膜，发挥离子泵的作用，形成电势依赖性通道。抗菌肽分子通过螺旋上的正电荷与细菌细胞质膜磷脂分子上的负电荷之间的静电吸引而结合在质膜上，然后其疏水端借助水分子中连接结构的柔性，随即插入质膜中，并打乱了质膜上蛋白质和脂质原有的排列秩序，最终通过膜内分子间的相互移位，使抗菌肽分子相互聚集在一起，形成离子性通道，导致细菌不能保持正常的渗透压而死亡。因此细胞的潜在势能和静电相互作用在抗菌肽插入细胞膜的机制中起到重要的作用。
5. 已上市或进入临床的部分抗菌肽
除了已在临床得到广泛应用的多粘菌素、杆菌肽、替考拉宁等肽类抗生素之外，近10余年来还有10余种抗菌肽上市或进入临床试验阶段。其中，Daptomycin（达托霉素）已于2003年被美国FDA批准用于皮肤感染。
二、细胞穿膜肽的研究进展
1. 概念
细胞穿膜肽（cell-penetrating peptides，CPPs），也称为蛋白转导域（protein transduction domains，PTDs）或膜转运蛋白（ membrane transduction peptides，MTPs），是一类由通常不多于30个氨基酸残基组成的、能够直接穿过细胞膜进入细胞的多肽。细胞穿膜肽不仅可以自己穿透细胞膜进入细胞，而且能够运载多种生物学活性物质（包括比其相对分子质量大100倍的外源性大分子）进入细胞内，并发挥相应的生物学活性和治疗作用。其转导效率高且不会造成细胞损伤，这一特性保证了各种大分子药物细胞内的高效输送。
2. 分类
目前细胞穿膜肽的类型有多种，根据其来源主要可分为3类：
（1）天然存在的CPPs：一般是指天然蛋白质的多肽区域，主要是将蛋白质向细胞内转运。例如Tat（HIV-1）的核转录激活蛋白是最经典的CPPs，也是发现最早，研究最多来源于人免疫缺陷病毒（HIV-1）的转录活化因子，penetratin（来源于蜂毒素蛋白）；
（2）人工合成的CPPs，天然存在的CPPs 大多富含精氨酸或赖氨酸残基，科学家们利用这一特性可合成多聚精氨酸或多聚赖氨酸类CPPs，或者从应用的角度出发对天然的CPPs 进行修饰，合成一些穿膜效率更高的CPPs，例如transportan，MPG，pep-1等。其中，Pep-1是第一个被批准商业化应用的CPPs（商品名：Chariot）。
（3）嵌合而成的CPPs，一般是指由2 条或以上的天然存在的序列融合而成的多肽，也属于一类人工合成的CPPs。
3. 跨膜转运机制
（1）直接入胞：CPP首先与细胞膜表面通过静电方式结合，然后直接跨过细胞膜，接着在分子伴侣的帮助下发生重折叠。
（2）跨膜转导：通过形成某种跨膜转导结构域来转导完成的。跨膜转导模式（translocation models）又包括反转微团 （inverse micells）、地毯（carpet）及打孔（barrel stave）模型。
（3）细胞内吞。
4. 细胞穿膜肽的应用
细胞穿膜肽能有效地促进核酸类、肽类、蛋白质类等生物大分子药物经皮吸收，因此其在靶向制剂、生物药物制剂等方面具有重大的价值，能够显著提高药物的生物利用度。此外，细胞穿膜肽作为一种新型的透皮给药渗透促进剂，在经皮给药制剂及化妆品领域也有着巨大的应用潜力。
三、抗菌肽与细胞穿膜肽的相似之处
1、二者的相似之处
（1）短肽；
（2）正电荷；
（3）两亲性；
（3）与细胞膜具有较高的亲和性；
（4）作用机制类似。
2、二者角色时常“反串”
（1）一些抗菌肽也可以在不破坏细胞膜的情况下跨越细胞膜进入细胞内，发挥细胞穿膜肽的作用，可用于给药载体。例如：Laszlo Otvos等将分子量小且富含精氨酸残基的昆虫抗菌肽pyrrochoricin和其衍生物作为施药运载工具，可将抗原性较弱的9个残基的MHC-1的抗原表位递送到小鼠体内，产生很强的细胞毒性T细胞反应，证实pyrrochoricin 同系物具有运载抗原依赖性疫苗的潜力
（2）一些细胞穿膜肽也具有抗菌作用，或者稍加改造即可产生强大的抗菌作用。例如：细胞穿膜肽Pep-1具有轻微的抗菌活性，将其第2、6、11位Glu替换为Lys，得到的Pep-1K具有很好的抗菌活性，MIC为1-2 μM，且对MRSA（耐甲氧西林金葡菌）、MDRPA（多药耐药铜绿假单胞菌）等一些超级耐药菌效果良好（MIC为1-8 μM）。
四、抗菌肽与细胞穿膜肽的分析与预测
利用生物信息学方法分析预测是寻找新的抗菌肽和细胞穿膜肽的有力手段，这样的分析软件或网站有很多，再次仅各举一例：
1.抗菌肽的分析预测
使用ADP3（http://aps.unmc.edu/AP/main.php）程序对上一步找出的多肽序列进行初步预判，评估是否有可能成为抗菌肽。其中指标有：（1）多肽链带正电荷；（2）有无螺旋结构或者二硫键是否成对；（3）伯曼指数（kcal/mol），其值越大成为抗菌肽的可能性越高。
点击ADP3网站网址链接http://aps.unmc.edu/AP/main.php，进入主界面。从主界面任务分类项中找到抗菌肽统计与评估选项。
点击进入抗菌肽预测界面。
在内容栏中输入需要预测的肽序列。
2.细胞穿膜肽的分析预测
使用Cell PPD tool（http://crdd.osdd.net/raghava/cellppd/multi_pep.php）分析抗菌肽的穿膜能力。
注：关于抗菌肽预测的更多详情，请参加本公众号2016年4月17日所发“如何根据基因组序列预测其中潜在的抗菌肽？”一文。
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