蚕非泌丝机能有医学中的应用

蚕泌丝以外的能力,特别是蚕自身或与微生物共同作用产生功能蛋白和生物活性物质的能力,近年来得到人们的关注。这方面的研究为医药用蚕业的开拓和建立打下了现实的基础.
1  蚕体作为生产重组蛋白的生物反应器
蚕吐丝结茧的机能被人类利用已有几千年的历史，蚕丝是天然纤维，但它本质上是蛋白质，经过长期的育种，蚕尤其是家蚕已成为世上最好的蛋白质生产者。随着生物技术在蚕业研究上的应用和昆虫生理研究的深入，形成了以家蚕为生物反应器表达外源基因，生产高附加值活性蛋白（多肽）的新研究领域。家蚕杆状病毒（Bm.NPV）载体表达系统的问世是这一研究领域兴起的标志。
前田 进（1984）建立了世界上第一个Bm.NPV载体表达系统，并成功地用家蚕生产出人的а-干扰素。此后，蓖麻蚕、柞蚕NPV载体表达系统相继建立。目前，用这些表达系统表达的外源基因已达数百种。其中比较重要的有：人а-干扰素(IFN-d)，人与小鼠介素3 、介素4(IL-3 , IL-4)，人免疫缺陷病毒(HIV-Ⅰ即艾滋病毒)的核心蛋白(gsg)，人乙型肝炎病毒表面抗原(HBV52-sAg),人丙型肝炎抗原，人血小板因子Ⅳ（HPF4）；昆虫行动激素酯酶(JHF)等。其中用Bm.NPV载体系统生产的人艾滋病毒膜蛋白诊断人艾滋病，正确率达到100%，美国政府已批准用于艾滋病人体免疫预防注射试验；浙江大学生化研究所用家蚕表达的基因工程丙肝抗原用于丙肝疫苗研制，已获成功。
家蚕杆状病毒表达系统具有如下的独特性：（1） Bm.NPV基因组是环状双链DNA，容易用切割与连接等生物技术进行修饰；一个杆状的衣壳，允许病毒含有额外的DNA片断，即使插入7-8Kb的DNA也能形成正常的病毒。（2）多角体蛋白基因是在感染末期有选择地进行表达的基因，它与病毒粒子的形成没有关系，故将这个基因调换成或插入其他基因也能形成感染性病毒粒子；多角体蛋白有非常强有力的启动子，在感染末期，多角体蛋白已达到全部蛋白质的20-30%；多角体能够用光学显微镜观察，如果将此作为插入基因的标记物，就能够很容易地判断出重组病毒并将其克隆。（3）缺乏多角体的Bm.NPV在生命体外极易失活，即具有较好的环境安全性。（4）家蚕是BmNPV的天然宿主，其生物学背景清楚，而且能大量饲养，饲养成本低，无需建造发酵罐那样的巨大投资。（5）蚕体血淋巴内有蛋白分解酶的的抑制物，对分泌蛋白的产量明显高于其他系统（1000倍以上）；（6）对蛋白质的翻译后加工方式与高等生物的加工方式很相似，其表达产物与天然状态下的空间结构极为相似；（7）由于感染晚期宿主细胞蛋白合成量减少，所以重组外源蛋白的分离纯化方便。
几千年来家蚕群体培养技术不断完善，现在可以在计算机控制下大量饲养家蚕，使用这种昆虫系统，为外源基因产物的大量生产提供了令人鼓舞的前景。
2 蚕体生物活性物质的研究与开发利用
蚕在其生长、变态、休眠、繁殖的过程中，通过其自身的生理机制或经人工诱导，生成许多种类的生物活性物质。试验证明，许多成份对提高人体免疫力、调节内分泌和杀菌、抗肿瘤有效。对这些生物活性物质的作用功效、分泌机制进行深入的研究，进而确立利用蚕体进行生产的技术体系，也是十分有发展前途的研究领域。
2.1蚕体自主分泌的生物活性物质
蚕卵中除含有蛋白质24.5%、粗脂肪0.37%及糖类物质外，还含有尿酸、维生素B1、B2、C、D、A、辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ等生理活性物质，以及丰富的甘氨酸和亮氨酸等多种人体必需氨基酸。国内已有提取蚕卵内的活性物质，研制“胚胎素”，用于治疗妇科疾病的报导。
韩国学者Kang Sun Ryu（1995）首次报道了5龄家蚕幼虫经冷冻干燥制成的全蚕粉具有治疗糖尿病的功效。桂仲争等（2001）进一步研究了全蚕粉降血糖的作用效果及其机理，初步认定了全蚕粉的降血糖作用与其抑制小肠粘膜α-麦芽糖苷酶活性有关。添加0.1%的全蚕粉饲喂高血糖实验鼠4周，摄食1h和2h的血糖值分别降低了13.81% 和11.07%，T淋巴细胞转化率提高35%。同时发现全蚕粉中含有甲状腺激素类似物三碘甲腺原氨酸（T3）。
中医认为，蚕蛾具有补肝益肾、壮阳涩精之功效。现代医药学研究发现，蚕蛾中的维生素含量丰富，特别是维生素E高达0.4mg/100g。此外，蚕蛾中还含有睾丸酮、雌二醇等性激素、脑激素及保幼激素等生物活性物质。
需要指出的是：利用各发育时期的蚕体入药疗疾，多数知识还停留在经验水平，今后应在有效成份的定性定量、分离纯化及其对疾病的作用机理等方面进行深入研究，从而进一步开展提高活性成分在蚕体内分泌产量的技术研究。如此，蚕就不再是单纯的绢丝纤维的生产者，也可以作为微型生物化工厂生产多种多样的生物活性物质。
2.2蚕体诱导分泌的生物活性物质——抗菌肽
Boman（1980）首次在惜古比天蚕中分离纯化出天蚕素，此后在各种昆虫中发现了多种抗菌肽。昆虫抗菌肽是昆虫在血淋巴中合成的一种小分子肽类，当昆虫受到微生物及其类似物以及一些物理因素刺激后，抗菌肽会大量产生。诱导源是非专一性的，注射各种诱导源一定时间后都能在昆虫血淋巴中检测到抗菌肽。抗菌肽能杀死革兰氏阳性细菌，也能杀伤真菌、原虫、某些病毒和肿瘤细胞，而且对正常真核细胞无损伤。
绢丝昆虫的免疫生理研究比较深入而且其群体饲养技术成熟，因此抗菌肽的研究开发最有希望在蚕上取得突破。
2.2.1 抗菌肽的分子结构  根据结构和功能的不同，抗菌肽可分为天蚕素（cecropins）、昆虫防御素（insectdefensins）、富含脯氨酸的抗菌肽(proline-richpeptides)、富含甘氨酸的抗菌肽4类。
天蚕素的一级结构是由31-39个氨基酸组成，分子量4KD左右，具有强碱性的N端和疏水性的C端，天蚕素A的三级结构为分子结构中含有两段α-螺旋，其中N端的α-螺旋对水和脂都具有亲和性，称为双亲的α-螺旋，C端的α-螺旋为疏水性强的α-螺旋，在两段α-螺旋之间，具有一个结合部，这种结构与天蚕素的抗菌活性密切相关。大多数昆虫防御素由38-43个氨基酸组成，分子量4KD左右，分子由三个结构域组成，一个柔韧的N端环，一个双亲的α-螺旋中心和一个带有拟β转角的反向平行的β片的C末端，6个保守的半胱氨酸，以3个二硫键使整个分子结构得以固定。不同种类的防御素分子结构具有很大的同源性，其主要差异只是在N端环的大小。
富含脯氨酸的抗菌肽由15-34个氨基酸残基组成，其中脯氨酸的含量在25%以上，一级结构的最大特点是在N端有一个富含pro的P结构域，其余部分为富含gly的G结构域；富含甘氨酸的抗菌肽的最大特点是其一级结构中富含甘氨酸。
2.2.2抗菌肽的抗菌机制  不同类型的抗菌肽，由于结构不同，其抗菌机制也不完全一样。天蚕素类抗菌肽，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均具有抑杀作用，其抗菌机理一般认为：天蚕素分子在静电作用下，大量聚集在细菌细胞膜上，首先抗菌肽的疏水α-螺旋插入疏水的细菌细胞膜，随后双亲的α-螺旋也插入细胞膜中，形成离子通道，导致细菌细胞内容物外流，细胞内ATP合成下降，细菌停止生长而死亡；昆虫防御素只对革兰氏阳性菌具有抗性，对革兰氏阴性菌几乎无作用，同时对真菌和真核细胞也不起作用。其抗菌机制是：首先双亲的α-螺旋在细胞膜上聚集形成寡聚体，并在细菌细胞膜上围成一个离子通道，导致细胞内钾离子大量外流，细胞内ATP下降而死亡，其分子中的二硫键在抗菌作用中至关重要；富含脯氨酸的抗菌肽对革兰氏阴性菌具有抗性，对革兰氏阳性菌无作用，其抗菌机理尚不清楚，推测与分子中含有大量pro有关；富含甘氨酸的抗菌肽对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌都有良好的抗性，同时对人和哺乳动物的许多病原菌具有抗性，可以推测，该类分子中大量的gly对增强肽链的弹性，形成多变的空间结构，使其具有广谱的抗菌性起重要作用。
2.2.3 抗菌肽对病毒和肿瘤的作用  昆虫抗菌肽对各种病毒和肿瘤细胞有强烈的抑杀作用。蜂毒素和柞蚕素在亚毒性浓度下可抑制艾滋病病毒（HIV-1）的基因表达(Wachinger,1998)；纯化的柞蚕素能使宫颈癌细胞发生一系列病理改变（韩献萍，1993）；家蚕免疫血淋巴在浓度稀释1倍时，对小鼠水型宫颈瘤（U14）的抑制作用可达50.88% ；贾红武等（1996）研究发现家蚕抗菌肽对K562（人骨髓样白血病细胞）有明显的杀灭作用，而对正常人的B淋巴细胞无不良影响；张卫民等（1998）报道了柞蚕免疫血淋巴及纯化的抗菌肽D对直肠癌细胞HR8348和肝癌细胞BEL-7402的杀伤作用。由于抗菌肽对肿瘤细胞具有较强的杀灭作用，且对正常真核细胞无损伤，它极有可能成为无毒低副作用的抗肿瘤新药。
2.2.4 抗菌肽的应用  抗菌肽的应用有如下三个方面：利用蚕的免疫血淋巴加工成药物原料，如治疗肾炎和肝炎的“肾肝宁”已投产，治疗乙型肝炎的“柞蚕素胶囊”已进入西药二类临床试验；末经纯化的含抗菌肽的基因表达产物作为消毒洗涤剂的原料,开发口腔、阴道、直肠消洗剂；利用纯化的抗菌肽研制开发抗病毒、抗肿瘤的药物，这方面的工作已开始启动。
3 虫（蚕）菌复合体的开发利用
昆虫与微生物共同作用生产有用物质是昆虫机能利用的又一个方面。在绢丝昆虫上研究利用较多的是僵蚕和人工虫草。
僵蚕（蛹）是家蚕感染僵病真菌而致，其中白僵蚕作为传统中药而被利用。《神农本草经》、《本草纲目》中都有白僵蚕入药的记载。如今白僵蚕的药用仍十分广泛，513份成人中药中含有白僵蚕的有49种， 64种儿科成药中有29 种用白僵蚕。医学临床证明，它具有镇静、退热、止咳化痰、消肿、调节神经系统及脂肪代谢作用。白僵蚕化学成份为：灰份6.34%、蛋白质67.44%、水分11.31%、脂肪4.38%。白僵蚕外表白色粉霜中含有草酸铵，蚕体中含有羟基促蜕皮甾醇、色素-3-羟基犬尿素和白僵菌素Ⅰ、Ⅱ。白僵菌素对革兰氏阳性菌、霉菌、孑孓有抑制作用，僵蚕体内所含的蛋白质有刺激肾上腺皮质的作用，羟基促胆甾醇类化合物有抑癌活性。
白僵菌(Beauveria bassiana)属于丛梗霉科白僵菌属，其生长周期为分生孢子、营养菌丝、气生菌丝三个主要阶段。白僵菌主要是经皮侵入蚕体，其侵入过程包括机械和酶促两个机制。进入体液中的菌丝大量增殖，不断消耗蚕体水分及养分，并向体液中分泌各种酶类、毒素等，使蚕麻痹而死亡。
僵蚕的培养方法简便，一般采用体表喷布或经口添食的方法接种白僵菌，然后在正常的养蚕温湿度条件下使蚕体硬化，即为僵蚕。今后，为提高僵蚕（蛹）的药用水平及药用范围应对白僵菌进行遗传学解析，培育优良菌株。
将蚕蛹虫草菌（Cordgceps militaris(L)Link）针刺接种于鳞翅目昆虫的蛹或幼虫，可人工培育蚕蛹虫草。蚕蛹虫草又名北冬虫夏草，是珍贵的中药材，其药用价值与冬虫夏草相近，含有甘露醇、虫草素等药用成份。其中虫草素的含量较冬虫夏草高数倍，并具有抗惊厥和抗疲劳作用，能提高免疫能力。目前蚕蛹虫草已利用柞蚕和家蚕蛹以及家蚕五龄幼虫人工培育成功，并已在成分分析、毒性试验、药理试验等方面取得可喜进展。
潘中华（2001）首次利用家蚕五龄幼虫培育蚕虫草成功，为解决蚕蛹虫草大规模培育中产生大量败血蛹的问题提供了新的途径。因为菌种接种后能给宿主蚕添食抗菌素，大大减少败血率，使蚕虫草培育成为无风险生产。