溶菌酶的杀菌机理

溶菌酶的溶菌性质主要归因于其能够有效水解细菌细胞壁的肽聚糖（Peptidoglycan，PG）（胞壁质），其水解位点是N-乙酰胞壁酸(N-Acetylmuramicacid，NAM，MurNAc)和N-乙酰葡糖胺(N-Acetylglucosamine，NAG，GlcNAc)间的β-1,4 糖苷键。现已证明，溶菌酶的活性位点通过6 个子位点（A-F）与6 个连续糖单体结合，之后结合到D 子位点的催化基团谷氨酸（Glu）35 和E 位点的天冬氨酸（Asp）52 通过一个双取代反应水解β-1,4 糖苷键（图1）。肽聚糖几乎是所有细菌细胞壁的组分，它赋予细胞壁一定的机械强度，使细胞能够抵抗细胞质与外部环境之间组成差异造成的渗透压，并维持细菌的特定形状（球形，棒形，螺旋形等），一旦肽聚糖层受到破坏，细菌就会因处于高渗环境而快速裂解、死亡。另外，细胞壁肽聚糖的合成和精细结构是多样的，同时肽聚糖也是高度动态更新的高分子，这个过程需要相关酶和蛋白质的精确协调和控制。
革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁肽聚糖含量存在很大差异，革兰氏阳性菌的细胞壁由多达40 层的肽聚糖以及磷壁酸组成，而革兰氏阴性菌通常只有不含磷壁酸的单层肽聚糖，并夹在内膜和含脂多糖的外膜之间，这些差异解释了为什么革兰氏阳性菌通常对溶菌酶敏感，而不是革兰氏阴性菌。然而，这种屏障可被动物的先天免疫系统的组分破坏，例如乳铁蛋白，防御素和导管素，其都能使革兰氏阴性菌的外膜透化。溶菌酶基于酶活性的裂解机制已经被广泛接受，但越来越多的研究表明溶菌酶的胞壁酶活性不是体外或体内细菌杀灭所必需的，溶菌酶作为一种阳离子抗菌蛋白，可以在带负电荷的细菌细胞膜上穿孔而形成有规则的离子孔道，从而引起胞内大量的K 和内容物外流，最终导致细菌死亡（图2）。因此，溶菌酶的酶活性和阳离子特性都与抗菌活性有关。

(A)溶菌酶的活性位点可通过6个子位点容纳最多6个连续的糖，并标注A- F。溶菌酶水解D位点NAM和E位点NAG之间的β-1 4糖苷键。(B)人类溶菌酶的带状模型，突出了重要的活性位点残基，天冬氨酸(蓝色)和谷氨酸(橙色)。(C)人体溶菌酶的静电势图(等电点，9.28；蓝色是阳性；红色是阴性；白色是疏水性)。因为细菌的细胞膜是阴性的，所以溶菌酶可能对细菌表面有一种增强的电荷介导的吸引力，提出了一种不依赖于酶催化的杀菌机制。

(A)新合成的PG单体由一个双糖组成，NAG通过一个附着的肽茎与NAM连接，而NAM被锚定通过脂质载体(灰色)到达膜。单体通过糖基转移酶(绿色)的作用被添加到延长链中。(B)溶菌酶水解NAM单体和相邻的NAG单体之间的β-1 4糖苷键。溶菌酶对PG的水解导致细胞壁不稳定和细菌细胞死亡。(C)溶菌酶也可以通过其阳离子性质的机理，即溶菌酶(红色柱体)在带负电荷的细菌细胞膜上形成孔隙，起到杀菌效果。