溶菌酶的殺菌機理

溶菌酶的溶菌性質主要歸因于其能夠有效水解細菌細胞壁的肽聚糖（Peptidoglycan，PG）（胞壁質），其水解位點是N-乙酰胞壁酸(N-Acetylmuramicacid，NAM，MurNAc)和N-乙酰葡糖胺(N-Acetylglucosamine，NAG，GlcNAc)間的β-1,4 糖苷鍵。現已證明，溶菌酶的活性位點通過6 個子位點（A-F）與6 個連續糖單體結合，之后結合到D 子位點的催化基團谷氨酸（Glu）35 和E 位點的天冬氨酸（Asp）52 通過一個雙取代反應水解β-1,4 糖苷鍵（圖1）。肽聚糖幾乎是所有細菌細胞壁的組分，它賦予細胞壁一定的機械強度，使細胞能夠抵抗細胞質與外部環境之間組成差異造成的滲透壓，并維持細菌的特定形狀（球形，棒形，螺旋形等），一旦肽聚糖層受到破壞，細菌就會因處于高滲環境而快速裂解、死亡。另外，細胞壁肽聚糖的合成和精細結構是多樣的，同時肽聚糖也是高度動態更新的高分子，這個過程需要相關酶和蛋白質的精確協調和控制。
革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的細胞壁肽聚糖含量存在很大差異，革蘭氏陽性菌的細胞壁由多達40 層的肽聚糖以及磷壁酸組成，而革蘭氏陰性菌通常只有不含磷壁酸的單層肽聚糖，并夾在內膜和含脂多糖的外膜之間，這些差異解釋了為什么革蘭氏陽性菌通常對溶菌酶敏感，而不是革蘭氏陰性菌。然而，這種屏障可被動物的先天免疫系統的組分破壞，例如乳鐵蛋白，防御素和導管素，其都能使革蘭氏陰性菌的外膜透化。溶菌酶基于酶活性的裂解機制已經被廣泛接受，但越來越多的研究表明溶菌酶的胞壁酶活性不是體外或體內細菌殺滅所必需的，溶菌酶作為一種陽離子抗菌蛋白，可以在帶負電荷的細菌細胞膜上穿孔而形成有規則的離子孔道，從而引起胞內大量的K 和內容物外流，最終導致細菌死亡（圖2）。因此，溶菌酶的酶活性和陽離子特性都與抗菌活性有關。

(A)溶菌酶的活性位點可通過6個子位點容納最多6個連續的糖，并標注A- F。溶菌酶水解D位點NAM和E位點NAG之間的β-1 4糖苷鍵。(B)人類溶菌酶的帶狀模型，突出了重要的活性位點殘基，天冬氨酸(藍色)和谷氨酸(橙色)。(C)人體溶菌酶的靜電勢圖(等電點，9.28；藍色是陽性；紅色是陰性；白色是疏水性)。因為細菌的細胞膜是陰性的，所以溶菌酶可能對細菌表面有一種增強的電荷介導的吸引力，提出了一種不依賴于酶催化的殺菌機制。

(A)新合成的PG單體由一個雙糖組成，NAG通過一個附著的肽莖與NAM連接，而NAM被錨定通過脂質載體(灰色)到達膜。單體通過糖基轉移酶(綠色)的作用被添加到延長鏈中。(B)溶菌酶水解NAM單體和相鄰的NAG單體之間的β-1 4糖苷鍵。溶菌酶對PG的水解導致細胞壁不穩定和細菌細胞死亡。(C)溶菌酶也可以通過其陽離子性質的機理，即溶菌酶(紅色柱體)在帶負電荷的細菌細胞膜上形成孔隙，起到殺菌效果。