簡述溶菌酶的研究現狀

李　紅，易建中，劉成倩，孫曉云，嚴華祥**

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簡述溶菌酶的研究現狀

李紅1，2*，易建中1，劉成倩1，孫曉云3，嚴華祥1**

（1. 上海市農業科學院畜牧獸醫研究所，上海 閔行201106；2. 上海佳牧生物制品有限公司，上海 閔行201106；3. 上海海洋大學，上海 浦東新區201306）

摘要：溶菌酶（lysozyme）又稱胞壁質酶，是一種普遍存在于植物、動物和微生物中的鹽基水解蛋白。溶菌酶的特征在于無毒、無害、無殘留、安全性高，因此被廣泛用于抗菌、抗炎、抗病毒、免疫力提升、促進有益菌增殖（雙歧桿菌）等用途。本文分析和歸納了溶菌酶的研究發展、活性影響因素和分類，并總結了其在食品、醫藥、畜牧業和酶工程等行業的應用價值。

關鍵詞：溶菌酶；性質；分類；應用

1　溶菌酶簡介

溶菌酶（Lysozyme，LYZ），又稱胞壁質酶（muramidase），其化學名稱為N-乙酰胞壁質聚糖水解酶（N-acetylmuramide glycanohydrlase），是一種穩定的堿性蛋白酶。它可對細菌細胞壁肽聚糖中的N-乙酰葡萄糖胺、以及N-乙酰胞壁酸之間的β-1，4糖苷鍵進行水解，促進細菌細胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，降低細菌細胞壁的穩定性，導致細胞壁裂解內容物溢出，并最終引起細菌溶解［1］。在與帶負電荷的病毒蛋白相互結合的情況下，溶菌酶能夠與DNA、RNA、脫輔基蛋白形成復鹽。這種復鹽具有使病毒失去活力的特性。研究表明，溶菌酶能夠在不破壞其他組織的前提下，有選擇地對微生物的細胞壁進行分解。這種特性就使得溶菌酶具有抗菌消炎、抗病毒、增強免疫力、促進雙歧桿菌等有益菌增殖的獨特功效［2-4］。

據研究，溶菌酶作為單核細胞、中性粒細胞和巨噬細胞的產物，對革蘭氏陽性菌有顯著的抑菌效果。而且，溶菌酶作為堿性蛋白酶，是生物體內重要的非特異性免疫因子，在抑殺病原體時不易產生抗藥性。溶菌酶的這種與抗生素不同的抑菌機制已經得到重視，并應用于食品級藥品當中。另外，有文獻證明溶菌酶可作為免疫調節和免疫激活劑［5］，在免疫系統中起著重要作用。

溶菌酶的研究先驅者是歐洲學者Nicolle，他早在1907年就對枯草芽孢桿菌中的溶解因子（lytic factor）進行研究。接下來在1922年，Fleming等首次在人類的眼淚、唾液中發現溶菌酶。由于此酶具有溶解細胞壁殺死細菌的特征，因此Fleming將其命名為“溶菌酶”［6］。學者Robinson等在1937年從卵蛋白中首次分離出溶菌酶晶體，為進一步揭示溶菌酶的內在構造奠定基礎，這揭開了溶菌酶研究的新篇章。1965年英國學者Blake等人使用X衍射法對存在于雞蛋蛋清中的溶菌酶進行三維結構分析，徹底揭示出溶菌酶的立體結構［7］。

研究表明，溶菌酶廣泛存在于四類生物組織：第一，高等動物的組織器官，如肝、腎、淋巴結、腸道等；第二，高等動物的分泌物，如家禽、鳥類的蛋清和哺乳動物的眼淚、乳汁、唾液、血液、鼻黏液、尿液。第三，部分植物體內，如木瓜、卷心菜、白蘿卜、大麥、蕪菁和無花果等；第四，一部分微生物體內?？茖W家還發現，雞蛋蛋清是自然界中溶菌酶含量最為豐富的生物組織［8］，溶菌酶的含量高達3.4 %～3.5 %［9］。目前，雞蛋已經成為提取溶菌酶的首選和最佳來源。雞蛋蛋清溶菌酶也成為人們了解和研究最為透徹的一種溶菌酶形態。

雞蛋蛋清溶菌酶的分子量為14 000，一級結構由129個氨基酸組成，其穩定性主要與多級結構中的4個二硫鍵、氫鍵及疏水鍵有關［10］，而且通過肽鍵上的Glu35和Asp52構成的活性部位水解破壞組成微生物細胞壁的N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸間的β-1，4糖苷鍵，使革蘭氏陽性菌細胞壁溶解而殺死細菌的目的［11］。另外，人溶菌酶一級氨基酸結構不同于蛋清溶菌酶，其分子量為14 600，由130個氨基酸組成，其中含有4個S-S鍵，但它們三級結構有相似性。人溶菌酶活性比雞蛋清溶菌酶活性高2倍。目前實驗已經從哺乳動物如牛、馬、羊、豬、兔、猴等動物的乳汁中分離出溶菌酶，其化學性質相似于人溶菌酶，但活性低于人溶菌酶，結構現在還不清楚［12］。

目前工業提取溶菌酶的方法多種多樣，傳統的如結晶法；目前常用的有離子交換層析法；親和層析法；超濾法等［13］。溶菌酶在工業應用上的使用大致包括如下幾個方面：第一，測定禽類機體非特異性免疫功能的的指標。盡管溶菌酶在禽類體內的作用尚未完全被揭示，但是一般認為，禽類血清、體液和分泌物中溶菌酶的含量與機體防御功能密切相關。因此，測定禽類血清、體液和分泌物中溶菌酶的含量及其變動情況，可以成為評價機體非特異性免疫功能的有力依據［14］。

2　影響溶菌酶活性的因素

溶菌酶的使用需要充分地掌握溶菌酶的酶學特性，因為每一種溶菌酶的最適反應條件各有差異。為了測定不同因素對蛋清溶菌酶活性的影響，劉慧等［15］選擇了不同的因素（pH，溫度）和輔料（金屬離子和助溶劑）進行研究。研究結果發現，蛋清溶菌酶在pH 6.0～6.5活性最強，pH 5.0～7.0范圍內酶活性相對比較穩定，pH大于7時溶菌酶活性下降急??；溫度為65 ℃時酶活性最強，在25 ℃～65 ℃范圍內隨著溫度的升高酶活性增強，但高于65 ℃則變性失活。另外，對溶菌酶活性產生輕微激活作用的有金屬離子K+、Na+；而對酶活性不產生明顯影響的則有Mn2+、Mg2+；讓酶活性產生降低的則有Cu2+、Fe2+、Zn2+、Co2+、Ca2+。研究還發現，吐溫80、吐溫20、甘油溶液對酶活性有抑制作用；EDTA-2Na在0.000 5 %～0.300 0 %濃度范圍內對酶活性有激活作用，濃度繼續增加反而有抑制活性作用。

3　溶菌酶的分類

溶菌酶具有很強的底物特異性，不同來源的溶菌酶其作用底物也有所差異。根據來源的不同，溶菌酶可分為動物溶菌酶、植物溶菌酶、微生物溶菌酶和噬菌體溶菌酶。其中，動物源溶菌酶是數量、種類最多、分布最廣的一種，包括c型（chickentype）、g型（goose-type）和i型（invertebrate-type） 溶菌酶。動物源溶菌酶從節肢動物［16］、環節動物［17］、軟體動物［18-20］到鳥類［21-23］以及哺乳動物（牛）［24-26］，研究人員分別對其進行了不同程度的研究。

根據溶菌酶作用細胞壁的不同，溶菌酶可分為細菌細胞壁溶菌酶、真菌細胞壁溶菌酶［9］。根據作用位點的不同，溶菌酶可分為β-1，4糖苷鍵的細胞壁溶菌酶、肽鏈“尾”端和酰胺部分的細胞壁溶菌酶。又細分為酵母菌細胞壁溶菌酶、霉菌細胞壁溶菌酶。

目前主要分為7種：（1）內N-乙酰己糖胺酶，與雞蛋清中溶菌酶相同，破壞細菌細胞壁肽聚糖中的β-1，4糖苷鍵；（2）酰胺酶，切斷細菌細胞壁肽“尾”與肽聚糖中N-乙酰氨基葡萄糖胺之間的N-乙酰胞壁酸-L丙氨酸鍵；（3）內肽酶，切斷肽“橋”與肽“尾”內的肽鍵。（4）β-1，3、β-1，6葡聚糖和甘露聚糖酶，此酶降解酵母細胞的細胞壁；（5）殼多糖酶，與葡聚糖酶共同作用分解霉菌細胞壁［27］；（6）磷酸甘露糖酶，與葡甘露糖酶共同作用，分解原生質；（7）脫乙酰殼多糖酶，主要作用于毛霉和根酶。

4　溶菌酶的主要應用

4.1溶菌酶在食品上的應用

目前，溶菌酶在紅腸、香腸等肉類制品以及魚丸等水產類熟制品的制作過程中常常被用作防腐劑。馬美湖等人［28］比較了冷卻肉生產中溶菌酶、Nisin、Gna液的保鮮效果，發現當溶菌酶、Nisin、Gna液分別單獨使用時，溶菌酶極明顯優于對照組，略好于Nisin組，顯著好于Gna組。

另外，溶菌酶還被用于低溫肉制品的保鮮。如低溫保鮮劑Hnsafely-010（溶菌酶制劑）可以耐受低于95 ℃的溫度，而不影響其性質，與低溫肉制品保鮮期相比，Hnsafely-010保鮮劑可以延長保鮮期一倍以上的時間。一些海鮮產品和水產品在0.05 %溶菌酶和3 %的食品溶液中浸漬5 min后，低溫、常溫保藏時間都得到延長［9］。

在奶制品中，人乳的最高溶菌酶含量，為山羊乳的1 600倍，牛乳的3 000倍［29］。溶菌酶是一種嬰兒生長發育不可或缺的抗菌蛋白。溶菌酶便于胃腸內乳酪蛋白形成微細凝乳，利于嬰兒消化吸收；可以促進人工喂養嬰兒腸道細菌群的正?；?；能夠加強體內防御因子，增加對感染的抵抗力，對早產嬰兒在預防體重減輕方面有特點明顯的功效。值得一提的是，在人工喂養或食用母乳不足的情況下，溶菌酶添加到嬰兒食品中能夠有效抑制腸道中腐敗微生物的生存，并且還可以促進腸道中雙歧桿菌的增殖。因此，溶菌酶是嬰兒食品、嬰兒配方奶粉等的良好添加劑。

另外，溶菌酶具有一般防腐劑不能達到的特性就是它不僅促進乳酸菌生長，而且還能抑制污染菌引起的酪酸發酵。因此，添加到奶酪中的溶菌酶可以防止奶酪的后期起泡，以及奶酪風味變化。溶菌酶作為防腐劑可用于巴氏殺菌奶，對奶的保質期有明顯的延長作用，由于其具有一定的耐高溫特性，也適用于超高溫瞬時殺菌奶［28］。糕點中的奶油使糕點容易腐敗，如果在糕點中加入溶菌酶作為防腐劑，可防止糕點中微生物的增殖［30］。

由于蛋清中溶菌酶含量與酶活力呈現正相關的關系，因此蛋清中溶菌酶越高，越有利于雞蛋的保存。鑒于這種特性，雞蛋蛋清中的溶菌酶對我國禽蛋產品加工產業具有重要意義［31］。

4.2溶菌酶在醫學和體育上的應用

溶菌酶能夠參與粘多糖代謝，可作為對抗微生物感染的酶類抗菌藥。在內服和外用藥配合使用下，溶菌酶對急性炎癥如急性咽炎、急性喉炎、急性中耳炎等療效明顯，對慢性鼻炎、慢性咽喉炎及扁平疣等也有輔助治療的作用。另外，將溶菌酶與抗生素合用還有助于預防齲齒。實驗證明，用含溶菌酶的漱口液漱口或口含含有溶菌酶的口腔藥片，可以讓口腔內細菌顯著地減少［32］。在環境衛生學中，測定唾液中的溶菌酶活性是一個常用的非特異性免疫指標，可以被用于檢測毒物對機體免疫功能的影響。溶菌酶甚至還被用于診斷白血?。?3］。含有溶菌酶的潤喉液，眼藥水還可以用于抑制流行性感冒和腺病毒，具有抗感染及抗炎癥的功效。溶菌酶的溶菌作用也可以針對耐藥性細菌，并對人體具有極弱的副作用。有鑒于此，溶菌酶成為頗受青睞的藥用酶。

在體育領域，溶菌酶被用于評定運動員的身體機能。溶菌酶作為機體非特異性免疫因子，能反映機體的免疫能力，是一項較靈敏的亞臨床指標。因此，相對于身體狀態良好的運動員，狀態不佳的運動員具有較低的唾液溶菌酶滴定值。唾液溶菌酶的測定方法簡單易行，取樣方法也對人體不產生任何損傷。而且，這種方法有利于長時間追蹤觀察，因此被廣泛用于訓練期和恢復期的機能評定。

4.3溶菌酶在飼料中的應用

科學實驗發現，溶菌酶具有替代抗生素的作用，能提升飼料的喂養效率、降低細菌的易感性和增加病原體脫落，最大限速地減少養豬生產損失。美國食品及藥物管理局為了限制飼料中的抗生素濫用，鼓勵溶菌酶在飼料領域的使用。美國農業部農業研究中心于2013年對溶菌酶影響動物生長性能的問題進行研究，發現豬飲食中添加溶菌酶可有效改善豬的生長性能。在實驗中，豬在食用溶菌酶組或抗生素之后的生長速度大大提高，比食用未添加藥物的牛奶替代品的豬提高了12 %。另外，豬進食含溶菌酶的流質食物，可以有效改善小腸形態，從而降低彎曲桿菌胃腸道中的疾病發病率。王曉可等［34］發現溶菌酶使用于仔豬飼料中，可以降低料肉比和腹瀉率，提升豬的日增重和采食量，提高仔豬的健康水平。在不添加抗生素的情況下，雞飼料中添加溶菌酶還可以改善禽類生長性能［35］，提高血清中的溶菌酶含量和免疫功能，促進更多的家禽抵御疾病侵害，更易成活和健康生長［36］。

4.4溶菌酶在科研上的應用

溶菌酶是細胞工程和基因工程的一種不可或缺的工具酶。人們利用溶菌酶制造和提取菌體內的活性物質，例如酶、核酸和活性多肽等［37］。另外，溶菌酶具有專一性水解細胞壁的特征，有助于人們深入了解細胞壁的細微結構。因此在生物技術、生物工程中，溶菌酶作為破壁酶，在微生物育種以及微生物分類等學術研究中被作為專用試劑。

近年來，人們還進行了如下的新嘗試：第一，將溶菌酶固化在食品包裝材料上，以此生產出抗菌、保鮮功效的食品包裝材料。第二，將溶菌酶固化在空氣過濾器上，使其發揮出除塵和高效殺菌兩大作用［38］。第三，利用溶菌酶可降解海洋生物高分子殼聚糖的特性，生產能被人體吸收，具有低分子量，具有獨特生理活性和功能性質的低聚殼聚糖［39］。

5　小結

溶菌酶是一種絕佳的天然蛋白質，兼具防腐、保健和藥理三種功能，既對人體沒有毒性，也不會殘存于人體，還能在胃腸內被消化和吸收。因此，溶菌酶作為安全性很高的食品保鮮劑、營養保健品和藥品，已經被用在飲料或加工食品中。在倡導綠色、環保、健康的今天，人們對食品和醫藥的安全性要求越來越高，溶菌酶作為一種替代抗生素、傳統防腐劑的優良產品，具有安全、高效、具有天然活性成分的優勢，因此其應用前景令人樂觀。不過，為了進一步掌握每一類溶菌酶及其最適的反應條件，弄清溶菌酶的酶學特性，需要探究水分、離子強度、pH等因素對酶活性的影響，促使酶活力得到最大程度的發揮。在食品行業，還需要進一步弄清產生食品腐敗的微生物種類，以及研究如何增強溶菌酶對革蘭氏陰性細菌的溶菌作用，以便促進溶菌酶的溶菌防腐功效。

參考文獻：（39篇，略）

中圖分類號：S852.2

文獻標識碼：A

文章編號：1001-0769（2016）06-0099-03

收稿日期：2016-04-01.

基金項目：蛋雞LYZC基因SNPs與雞蛋內毒素含量的關聯研究（14YF1414600）。

*作者簡介：李紅（1983-），女，助理研究員，博士，主要從事動物分子生物學和免疫學的研究，Tel：021-62204612，E-mail：lihong20061029@163.com。

**通信作者：嚴華祥（1966- ），男，研究員，研究方向：蛋雞育種與雞蛋安全，電話：021-62205472，E-mail：yansafety@qq.com。