羊毛硫抗生素是在革兰阳性细菌的核糖体上合成的一类作用于细胞膜上的热稳定小分子抗菌肽,具有19~38个氨基酸,分子量小于5kDa。其特点是有翻译后修饰过程,并在此过程中产生一些非天然氨基酸,如β-甲基羊毛硫氨酸、脱氢丙氨酸和脱氢酪氨酸等。
根据结构和活性可将羊毛硫抗生素分为A、B两种类型。A型羊毛硫抗生素(如乳链球菌素)为小的拉长型带正电荷的多肽,通过在细胞膜上形成孔道发挥活性。B型羊毛硫抗生素(如美杀菌素)为结构紧凑的球状多肽,带负电或不带电,属特定酶的抑制剂且具有免疫活性。也有文献根据多肽发生成熟的通路将羊毛硫抗生素分为Ⅰ、Ⅱ两类,第Ⅰ类主要包括由两种不同的酶修饰形成的A(Ⅰ)型羊毛硫抗生素,而将由单一酶修饰形成的A(Ⅰ)和B型归为第Ⅱ类羊毛硫抗生素。
根据现有的细菌素数据库(BACTIBASE和BAGEL2),所有的羊毛硫抗生素均产于革兰阳性菌,尤其是乳酸菌中。羊毛硫抗生素主要对革兰阳性菌有抑菌活性,对革兰阴性菌基本无抑制作用,原因主要是因为后者的外膜能为细胞提供渗透性屏障。
抗菌肽的作用模式可能包含几个步骤,如结合、插入及孔道形成,其中与靶细胞膜结合是抗菌肽发挥活性所必需的。乳酸球菌素是一种孔道形成羊毛硫抗生素,能通过透化敏感细菌细胞膜杀死靶细菌,是研究较为透彻的一种A型羊毛硫抗生素。
羊毛硫抗生素的应用主要包括在食品工业和临床潜在应用两个方面。一方面,乳酸菌细菌素在食品工业上受到广泛关注和应用,而乳酸菌产的乳酸球菌素是1927年英国生物学家A.弗莱明(Alexander Fleming,1881~1955)首个发现的羊毛硫抗生素,在约50个国家超过40年的时间里被用作食品保鲜化学试剂的安全替代品,也是唯一一种经美国食品药物监督管理局(FDA)批准使用的食品天然防腐剂。另一方面,羊毛硫抗生素能够有效对抗耐药性病原菌(如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌),并且对热稳定,在治疗耐药性细菌引起的感染方面也有潜在的应用价值。例如,一些羊毛硫抗生素如美沙西丁和乳链球菌素3147可治疗小鼠体内由肺炎链球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌引起的感染。
羊毛硫抗生素的耐药性的产生,一般认为是由细菌细胞膜功能的改变导致的,细胞膜流动性、细胞表面电荷及磷脂成分的改变等都会影响到羊毛硫抗生素的敏感性。这些细菌细胞膜的变化能够通过阻碍羊毛硫抗生素与靶细胞之间的联系从而赋予它们抗性;比如一些细菌细胞表面特征的改变就会导致乳酸链球菌素(Nisin,又称尼辛)抗性的产生。
羊毛硫抗生素具有较强的抗菌作用,在食品防腐、抗感染治疗领域都有广阔的应用前景。另外,羊毛硫抗生素具有两亲性特征,这些有表面活性的小分子肽可涂在人工合成材料的表面,用作防微生物腐败的保护层,也可作为疏水药物的乳化剂。这些已开发的或者潜在的用途,极大诱发了人们对羊毛硫抗生素的研究兴趣,相信人类将来从羊毛硫抗生素中获益会愈来愈多。在后基因组时代,伴随遗传学、多肽化学等方法的发展,羊毛硫抗生素的研究获得了巨大进步。我们相信随着对羊毛硫抗生素研究的不断深入,新的羊毛硫抗生素和潜在的应用将会不断被发现,使得羊毛硫抗生素能在食品、医疗行业以及更多的领域上有更广泛的应用。