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合肥肽庫(kù)生物新蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)
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[交流]
提高飼用抗菌肽穩(wěn)定性的分子遺傳設(shè)計(jì)策略
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摘 要：飼用抗菌肽具有特殊的物理破膜殺菌機(jī)制而不易產(chǎn)生耐藥性，成為抗生素替代品的研發(fā)熱點(diǎn)。但天然存在或是自主設(shè)計(jì)的抗菌肽均面臨在體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定性低的問(wèn)題，因此采用多種策略?xún)?yōu)化抗菌肽的相關(guān)特性對(duì)緩解上述問(wèn)題具有重要意義。文章概述近年來(lái)通過(guò)分子遺傳學(xué)手段提高抗菌肽鹽離子和蛋白酶穩(wěn)定性的各種策略，分析分子遺傳手段在提高抗菌肽穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢(shì)和局限性，為今后抗菌肽的設(shè)計(jì)提供思路。 抗菌肽又稱(chēng)為宿主防御肽，是由生物有機(jī)體產(chǎn)生的前體經(jīng)蛋白酶降解生成的具有生物學(xué)活性的小分子多肽�？咕淖鳛樗拗饔脕�(lái)對(duì)抗病原菌侵襲的第一道屏障，是許多生物體先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分，可作為抗生素替代品在動(dòng)物生產(chǎn)中應(yīng)用[1-2]�？咕陌l(fā)揮抗菌效果的作用方式為帶正電的抗菌肽通過(guò)與致病菌中的負(fù)電荷成分產(chǎn)生靜電作用，從而誘導(dǎo)形成兩親性結(jié)構(gòu)，穿透和透化膜磷脂雙分子層，造成菌膜去極化和內(nèi)容物泄漏，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡[3]�？咕倪@種獨(dú)特的作用機(jī)制有助于防止細(xì)菌耐藥性產(chǎn)生。抗菌肽還可以與細(xì)菌的內(nèi)毒素直接結(jié)合，破壞內(nèi)毒素聚集體，防止內(nèi)毒素導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)[4-5]。在飼糧中添加抗菌肽能夠降低斷奶仔豬的腹瀉率，有效提高仔豬的生長(zhǎng)性能和免疫力[6]。由于體內(nèi)復(fù)雜的生理環(huán)境，天然和人工設(shè)計(jì)的抗菌肽均表現(xiàn)出受到抑制的抗菌活性。造成該現(xiàn)象的主要原因是體液中富含大量的鹽類(lèi)（一價(jià)和二價(jià)陽(yáng)離子）、陰離子蛋白（人血白蛋白，HAS） 和蛋白酶等物質(zhì)[7-8]�？咕脑隗w內(nèi)發(fā)揮作用具有多種途徑，靜脈注射或皮下注射的藥物輸送方式對(duì)肽本身的穩(wěn)定性要求不高，但口服給藥無(wú)疑會(huì)使抗菌肽暴露在血清、消化道甚至細(xì)菌分泌的蛋白酶中[9]。因此，提高抗菌肽的穩(wěn)定性成為加速抗菌肽在畜牧業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的因素之一。文章總結(jié)了提高抗菌肽穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)策略，期望為今后抗菌肽設(shè)計(jì)提供思路。 1 抗菌肽在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用 1.1 提高生長(zhǎng)性能 抗菌肽具有活性高、毒性低、不易產(chǎn)生耐藥性的優(yōu)勢(shì)，在動(dòng)物生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。研究表明，在肉雞日糧中添加0.1%的抗菌肽，可以顯著提高肉雞的平均日增重和平均日采食量，降低料重比，改善肉雞的屠宰性能和肉品質(zhì)[10]。為進(jìn)一步系統(tǒng)量化抗菌肽對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能的影響，徐博成等[11]對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中31篇文獻(xiàn)進(jìn)行Meta分析，發(fā)現(xiàn)在飼糧中添加抗菌肽可以顯著提高仔豬的平均日增重和平均日采食量，降低料重比和腹瀉率。 1.2 調(diào)節(jié)免疫 抗菌肽又稱(chēng)免疫調(diào)節(jié)肽，是宿主防御系統(tǒng)重要組成部分。動(dòng)物在面對(duì)外界病原菌時(shí)，抗菌肽通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體先天免疫、促進(jìn)腸道屏障和腸道黏膜免疫發(fā)揮作用[12]。葛龍等[13]發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)日糧中添加抗菌肽 （300 mg/kg）可以顯著提高廣西麻雞腸道中乳酸菌數(shù)量，降低大腸桿菌和沙門(mén)氏菌的數(shù)量；與對(duì)照組相比，麻雞的胸腺指數(shù)、脾臟指數(shù)、法氏囊指數(shù)和血清中免疫球蛋白G （IgG） 含量分別提高17.65%、11.11%、31.25%、30.59%。 1.3 預(yù)防與治療疾病 抗菌肽可以通過(guò)調(diào)節(jié)動(dòng)物機(jī)體抗氧化能力，預(yù)防和減少自由基對(duì)機(jī)體造成的損傷，維持內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定[14]。在飼糧中添加不同水平的抗菌肽可以提高肉雞血清中總抗氧化能力 （T-AOC） 和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-Px） 活性，降低丙二醛 （MDA） 含量[15]。奶牛乳房炎和斷奶仔豬腹瀉是動(dòng)物生產(chǎn)中的常見(jiàn)的細(xì)菌感染類(lèi)疾病。抗菌肽治療由細(xì)菌引發(fā)的疾病具有明顯效果。王靜[16]利用重組牛LAP-CATHL2抗菌肽對(duì)奶牛乳房炎的動(dòng)物模型進(jìn)行治療，通過(guò)加州乳房炎試驗(yàn) （CMT） 檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)抗菌肽治療的奶牛體細(xì)胞數(shù)在72 h降至陰性范圍�？咕腤K3在治療E. coli K88構(gòu)建的斷奶仔豬腹瀉模型時(shí)的療效和恩諾沙星相近[17]。 2 抗菌肽對(duì)鹽離子的穩(wěn)定性 抗菌肽的陽(yáng)離子氨基酸與病原菌上帶負(fù)電的脂類(lèi)通過(guò)靜電作用相互吸引，疏水性氨基酸插入微生物膜中并對(duì)其造成物理破壞[18]。但在體內(nèi)各種離子 （如Na+、K+、NH4+、Mg2+、Zn2+、Fe3+） 會(huì)與抗菌肽陽(yáng)離子競(jìng)爭(zhēng)菌膜脂質(zhì)基團(tuán)區(qū)域中的結(jié)合位點(diǎn)[19]，從而降低抗菌肽的活性，使其無(wú)法有效地發(fā)揮作用。因此，研究人員通過(guò)優(yōu)化抗菌肽參數(shù)、設(shè)計(jì)多聚體以及提高二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等策略提高抗菌肽的耐鹽能力。 2.1 優(yōu)化抗菌肽參數(shù) 在動(dòng)物體中的陽(yáng)離子是影響抗菌肽發(fā)揮抗菌活性的重要因素，由于鹽離子的電荷屏蔽作用，抗菌肽與細(xì)菌細(xì)胞膜的結(jié)合能力下降,會(huì)導(dǎo)致抗菌肽的活性下降[20-21]，因此適當(dāng)提高電荷數(shù)能夠提高抗菌肽的耐鹽能力。研究發(fā)現(xiàn)，除Ca2+外，其他陽(yáng)離子對(duì)高電荷抗菌肽PQ （IHKFWRCRRRFCRWFKHI-NH2）活性幾乎無(wú)影響，而低電荷抗菌肽的最小抑菌濃度增加了4~8倍[22]。但僅僅依靠增加正電荷提高抗菌肽鹽離子穩(wěn)定性具有一定的局限性，且過(guò)高的電荷數(shù)往往伴隨著更高的細(xì)胞毒性。 在一定范圍內(nèi)提高抗菌肽的疏水性有利于抗菌肽滲透細(xì)菌膜，從而獲得更高的耐鹽能力[23]。在所有疏水氨基酸中，芳香族氨基酸 （如Trp、Phe） 的側(cè)鏈上具有較大的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，從而具有較高的膜界面親和力，并且膽固醇的存在阻止了兩性離子真核細(xì)胞膜的電荷和空間位阻，氨基酸及其類(lèi)似物 3D 結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1。Ramamourthy等[24]合成了一系列含有不同數(shù)量賴(lài)氨酸和色氨酸的多肽重復(fù)序列 （KWn-NH2），在高鹽條件下，KW4和KW5肽仍表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗菌活性。除了增加疏水性，在抗菌肽序列中引入非天然殘基可以使其分子內(nèi)部形成更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高抗鹽能力的目的。Yu等[25]將色氨酸或組氨酸殘基替換為體積較大的β-萘丙氨酸提高抗菌肽的鹽離子穩(wěn)定性，并且β-萘丙氨酸也能夠增加抗菌肽疏水表面的兩親性?xún)?yōu)化多肽穿透細(xì)菌膜的能力。 圖片 2.2 設(shè)計(jì)多聚體 添加二硫鍵可以使抗菌肽形成二聚體或者環(huán)化結(jié)構(gòu)，有利于提高抗菌肽的鹽穩(wěn)定性[26-27]。Lee等[26]設(shè)計(jì)的4種多肽在正常環(huán)境下具有良好抗菌活性，但在150 mmol/L NaCl存在的條件下，與二硫鍵修飾后環(huán)化的二聚體相比，其他多肽的抗菌活性都受到不同程度的影響。Nan等[27]研究二硫鍵位置對(duì)二聚體抗菌肽耐鹽能力的影響，在原有完美兩親性α-螺旋抗菌肽的基礎(chǔ)上合成3個(gè)具有不同二硫 鍵 形 成 位 點(diǎn) 的 同 源 二 聚 體 多 肽 ， 結(jié) 果 發(fā) 現(xiàn) ， 在150 mmol/L NaCl條件下，單體肽和二硫鍵位于中心位置的二聚體的抗菌活性降低 2~6 倍，而在分子兩端形成二硫鍵的二聚體抗菌肽的活性依舊保持不變。因此，在分子Ｎ端和Ｃ端含有二硫鍵的抗菌肽二聚體具有更高的耐鹽能力。 2.3 提高二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 除了利用二硫鍵使線性肽形成多聚體結(jié)構(gòu)外，還可以采用提高螺旋度來(lái)維持抗菌肽的二級(jí)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到耐 鹽 目 的。Park 等[28]將 RLLR 序 列 進(jìn) 行 5 次 重 復(fù)，使RLLR序列形成α-螺旋結(jié)構(gòu)的模板肽，并將螺旋封頂序列 APKAM （N） 和 LQKKGI （C） 以 不 同 的 組 合 加 入[RLLR]n（n=2~5） 的 N-末端或 C-末端，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除N-[RLLR]2-C外，其他多肽的最小抑菌濃度均顯著降低，其中模板肽[RLLR]5的耐鹽能力最差，最小抑菌濃度增加到無(wú)鹽條件下的 32 倍；使用 CD 分析計(jì)算所有多肽在200 mmol/L NaCl 存在下的 α-螺旋含量，發(fā)現(xiàn)模板肽的α-螺旋含量由72%下降至13%，僅在N端或者C端采用一個(gè)螺旋封頂基序的多肽，抗菌活性均伴隨著α-螺旋含量的降低而減弱，而N-[RLLR]2-C的α-螺旋含量?jī)H下降了3%，表明抗菌肽螺旋結(jié)構(gòu)的耐受性對(duì)鹽離子穩(wěn)定性具有很大影響。Chou 等[29]使用精氨酸提供正電荷，以Asn-Gly、Pro-Gly和DPro-Gly作為β轉(zhuǎn)角，使用多個(gè)重復(fù)的色氨酸提高多肽的疏水性，設(shè)計(jì)了一系列具有β-發(fā)卡結(jié)構(gòu)的模板肽（WRXxRW）n，并對(duì)這些多肽C端酰胺化，從而增強(qiáng)多肽的穩(wěn)定性；鹽離子對(duì)多肽的抗菌活性幾乎無(wú)影響，其中殺菌效果較好的 W2 （12 個(gè)氨基酸殘基） 擁有與典型β-發(fā)卡結(jié)構(gòu)的PG-1 （18個(gè)氨基酸殘基）相同的活性，但W2具有的鹽離子穩(wěn)定性更強(qiáng)。這種結(jié)構(gòu)由于氫鍵和疏水相互作用，從而獲得了更高的穩(wěn)定性，提高了多肽的耐鹽能力。采用優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)雖然可以增強(qiáng)抗菌肽的耐鹽能力，但還應(yīng)該考慮過(guò)高的疏水性以及完美兩親性所帶來(lái)的細(xì)胞毒性問(wèn)題，因此進(jìn)行抗菌肽設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)應(yīng)考慮所有參數(shù)之間的平衡關(guān)系。 3 抗菌肽對(duì)蛋白酶的穩(wěn)定性 消化道以及微生物分泌的蛋白酶也可以對(duì)抗菌肽活性產(chǎn)生影響，如胰蛋白酶、糜蛋白酶和胃蛋白酶等�？咕男枰揽筷�(yáng)離子氨基酸以及疏水性氨基酸發(fā)揮抗菌作用，但陽(yáng)離子氨基酸和大部分疏水性氨基酸是蛋白酶水解的目標(biāo)，因此目前大部分抗菌肽無(wú)法通過(guò)口服方式給藥，極大程度地限制了其在畜牧業(yè)和臨床治療中的應(yīng)用。為了應(yīng)對(duì)蛋白酶的切割，可采用許多措施延長(zhǎng)抗菌肽在消化道內(nèi)的半衰期，包括化學(xué)修飾、改變分子結(jié)構(gòu)、非天然氨基酸改造、設(shè)計(jì)自組裝納米材料等方法。 3.1 化學(xué)修飾 常見(jiàn)的修飾類(lèi)型包括抗菌肽 N-末端乙�；� C-末端酰胺化，這類(lèi)方法可以在抗菌肽主要參數(shù)保持不變的條件下提高多肽穩(wěn)定性。N-末端乙酰化可以使多肽獲得對(duì)氨肽酶的抵抗能力，不易被血液中的胰蛋白酶降解[30]；抗菌肽C-末端酰胺化可以獲得對(duì)羧酸酶的抵抗能力，增加電荷，提高殺菌效果[31]。除了上述兩種末端修飾方法外，Li等[32]還采用了N-末端聚甲基化、乙二醇化、糖基化 和 脂 肪 酸 偶 聯(lián) 等 化 學(xué) 修 飾 提 高 SAMP-A4（H-VRLLRRRI-NH2） 的抗蛋白酶能力。脂肪酸作為生物膜磷脂的重要組成成分，疏水性較高。脂肪酸修飾可以提高抗菌肽疏水性，增強(qiáng)其對(duì)微生物細(xì)胞膜的親和能力，從而達(dá)到提高抗菌活性的目的[33]，而且可以阻斷蛋白酶易損區(qū)，減少酶的降解，從而提高多肽的蛋白酶穩(wěn)定性[34]，并且隨著脂肪酸鏈長(zhǎng)增加，多肽的抗菌活性和蛋白酶穩(wěn)定性也得到了提高。 單一的化學(xué)修飾在提高抗菌肽的蛋白酶穩(wěn)定性方面具有局限性，因此需要在此基礎(chǔ)上考慮如何利用多種方法聯(lián)合使用來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化多肽的抗酶解能力。Liu等[35]采用單一和多個(gè)N-甲基化修飾篩選出具有較高抗蛋白酶水解能力但無(wú)抗菌活性的Anoplin類(lèi)似物，使用脂肪酸進(jìn)一步修飾，增加其抗菌活性，同時(shí) C14-Anoplin 比親本肽Anoplin抵抗胰蛋白酶水解的能力提高了103倍。 鹵化反應(yīng)是調(diào)節(jié)生物活性分子性質(zhì)的常見(jiàn)策略，多達(dá)1/3的臨床研究藥物中含有鹵素原子[36]。研究表明，鹵素原子引入在控制藥物的降解、膜透化活性以及分解代謝穩(wěn)定性方面具有重要作用[37]。在氨基酸的側(cè)鏈或骨架上對(duì)其氟化時(shí)，可以改變含有脂肪族氨基酸多肽和蛋白質(zhì)片段的二級(jí)結(jié)構(gòu)傾向，增強(qiáng)多肽抵抗蛋白酶分解的能力[38]。Jia等[39]通過(guò)將鹵素-苯丙氨酸引入抗菌肽ITS的序列中，得到一批 Jelleine-I 鹵代衍生物，與模板肽相比，Br-J-I和I-J-I對(duì)胰蛋白酶或糜蛋白酶的抑制作用提高了10~100倍。但引入鹵化氨基酸提高多肽的抗酶解能力取決于鹵素原子在氨基酸側(cè)鏈上的取代位置和數(shù)量。使用環(huán)化可以改變多肽的二級(jí)結(jié)構(gòu)提高蛋白酶穩(wěn)定性，增加多肽的生物利用度。Etayash等[40]分別采用頭尾環(huán)化、側(cè)鏈和尾部環(huán)合、添加兩個(gè)半胱氨酸形成二硫鍵的方法對(duì)IDR-1018進(jìn)行環(huán)化，發(fā)現(xiàn)3種環(huán)化肽對(duì)胰蛋白酶具有120 min的耐受時(shí)間，而模板序列在不到30 min的時(shí)間內(nèi)全部降解，說(shuō)明環(huán)化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化有助于提高多肽抗酶解能力，增強(qiáng)多肽穩(wěn)定性。除了利用二硫鍵將多肽環(huán)化外，骨架環(huán)化也已經(jīng)成為一種降低蛋白酶敏感性的策略，如采用連接線性肽的N端和C端或者自然存在的環(huán)肽支架提高多肽穩(wěn)定性[41-43]。如將多肽C端和N端分別與其序列相同多肽的 N 端和 C 端連接環(huán)化形成二聚體，可以使體系當(dāng)中活性肽的數(shù)量提高了 2 倍，增加細(xì)菌膜上局部的肽濃度，從而增強(qiáng)活性肽的抗菌活性[44]。 3.2 非天然氨基酸改造 天然抗菌肽和人工設(shè)計(jì)的多肽的一級(jí)結(jié)構(gòu)通常是由L-氨基酸排列組合而成，將抗菌肽中易被蛋白酶水解的L-氨基酸部分或者完全替換為D-對(duì)映體可以有效提高抗菌肽蛋白酶穩(wěn)定性。Jia 等[45]使用 D-氨基酸替代抗菌肽Polybia-CP序列中部分和全部氨基酸，全D-氨基酸衍生物和部分D-賴(lài)氨酸取代衍生物與胰蛋白酶和糜蛋白酶孵育 6 h 后仍具有抗菌活性。D-氨基酸還會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)的溶解度、構(gòu)象和熱力學(xué)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，此外其在生物體組織中的異常積累可能會(huì)導(dǎo)致相關(guān)的疾病[46]。含D-氨基酸的抗菌肽在體內(nèi)的生物降解性仍需要進(jìn)一步探討。 色氨酸類(lèi)似物Azulenyl-Alanine是一種吲哚的假等構(gòu)烴類(lèi)似物，其常作為環(huán)境不敏感的探針用于抗菌肽的熒光研究。D'Souza 等[47]選用 Azulenyl-Alanine 對(duì)富含色氨酸抗菌肽 buCATHL-4B 進(jìn)行替換，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，序列中Azulenyl-Alanine 的存在可以使多肽不易被蛋白酶水解。對(duì)多肽鏈中單個(gè)氨基酸的側(cè)鏈進(jìn)行修飾也是提高抗菌肽穩(wěn)定性的常用方法。精氨酸和賴(lài)氨酸是抗菌肽發(fā)揮活性的關(guān)鍵，但胰蛋白酶對(duì)抗菌肽具有高度裂解特異性。減少精氨酸側(cè)鏈的一個(gè)碳（Tritrp-Agb）可以明顯提高其對(duì)胰 蛋 白 酶 的 抵 抗 能 力 。延 長(zhǎng) 精 氨 酸 側(cè) 鏈 的 長(zhǎng) 度（Tritrp-hArg） 也可以獲得高穩(wěn)定性的肽類(lèi)似物。此外賴(lài)氨酸側(cè)鏈長(zhǎng)度的逐級(jí)遞減伴隨著逐步增強(qiáng)的胰蛋白酶水解穩(wěn)定性[48]。Jia 等[49]將 3 種側(cè)鏈長(zhǎng)度逐漸縮短的賴(lài)氨酸衍生物引入Polybia-CP序列得到3個(gè)類(lèi)似物，發(fā)現(xiàn)3個(gè)類(lèi)似物在相同濃度胰蛋白酶作用下仍可以保持抗菌活性。 3.3 自組裝納米材料 金屬離子在生物蛋白質(zhì)折疊、酶反應(yīng)以及電子傳遞等過(guò)程中發(fā)揮重要作用，是生物體必需的元素。銅離子和鋅離子可以誘導(dǎo)肽進(jìn)行自組裝使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定[50]。Peng 等[51]將終濃度為 1 mmol/L 的 HMPI 與 1 mmol/L 的CuCl2或 CuSO4在 37 ℃孵育過(guò)夜，得到 HMPI-Cu2+絡(luò)合物，在維持抗真菌活性不變的同時(shí)，其抗胰蛋白酶水解的能力也得到提升，還能夠降低HMPI對(duì)紅細(xì)胞的溶血活性。目前，利用金屬離子提高抗菌肽蛋白酶穩(wěn)定性的分子機(jī)理還不明確，但可為研究人員提供一種新的思路。全新設(shè)計(jì)自組裝肽的分子多價(jià)性、高效的生物活性和生物相容性為其用于藥物載體、基因輸送載體和免疫診斷等方面提供了可能性。研究人員常采用設(shè)計(jì)自組裝多肽的方式提高抗菌肽穩(wěn)定性。Lai等[52]利用C16作為自組裝驅(qū)動(dòng)力設(shè)計(jì)了原始兩親性樹(shù)突狀多肽SPDN，并在此基礎(chǔ)上采用支化肽和 RP 基序設(shè)計(jì)了 C16-2RP 和 C16-3RP，在納米粒子分別與8 g/L的糜蛋白酶和胰蛋白酶孵育后，多肽SPDN的抗菌活性幾乎未發(fā)生改變。Yu等[53]將不同分子量的 mPEG-COOH 和 mPEG-NH2與 PG-1 的N端和C端酰胺化偶聯(lián)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NPG750與不同濃度胰蛋白酶孵育8 h后的抗菌活性仍然保持不變。 3.4 其他方法 部分研究嘗試?yán)没蚬こ瘫磉_(dá)系統(tǒng)來(lái)規(guī)避以上方法中存在人工合成的成本高的問(wèn)題，但是需要考慮僅天然氨基酸序列組成的多肽可以在基因工程表達(dá)中應(yīng)用。蛋白酶抑制劑是在許多動(dòng)物組織和體液、植物和微生物中廣泛存在的一種調(diào)節(jié)分子，可以控制其對(duì)應(yīng)靶蛋白酶的活性。蛋白酶抑制劑在一些情況下可以用來(lái)阻止蛋白酶加劇和失控的活性[54]。將蛋白酶抑制劑與抗菌肽偶聯(lián)也是一種提高穩(wěn)定性的辦法。蛋白酶抑制劑可以與對(duì)應(yīng)蛋白酶分子活性中心上的基團(tuán)結(jié)合降低蛋白酶的水解能力。Yu 等[55]使用胰蛋白酶抑制劑 ORB-C 對(duì) HC3 進(jìn)行點(diǎn)突變得到4個(gè)雜交肽，發(fā)現(xiàn)除了TIH3其他3個(gè)多肽的抗菌效果強(qiáng)、蛋白酶穩(wěn)定性高，且沒(méi)有增加的細(xì)胞毒性。使用與蛋白酶抑制劑偶聯(lián)合成雜交肽的策略能夠有效地提高抗菌肽的蛋白酶抗性，但這種方法由于特異性靶點(diǎn)的限制僅能夠針對(duì)部分的蛋白酶，無(wú)法應(yīng)對(duì)消化道當(dāng)中的其他蛋白酶，因此在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的局限性。 不同的蛋白酶對(duì)應(yīng)不同的酶切位點(diǎn)，胰蛋白酶能夠特異性切割賴(lài)氨酸和精氨酸的C-末端的肽鍵，疏水性氨基酸中苯丙氨酸、亮氨酸和色氨酸的C-末端的肽鍵會(huì)被糜蛋白酶和胃蛋白酶特異性識(shí)別并水解[56]。陽(yáng)離子氨基酸和疏水性氨基酸在抗菌肽設(shè)計(jì)中是必要的因素，同時(shí)也是其發(fā)揮抗菌活性的關(guān)鍵。為了解決這個(gè)問(wèn)題，基于Scheck hter和Berger創(chuàng)建的亞位點(diǎn)命名法，Tan等[57]總結(jié)了一套弱化蛋白酶裂解氨基酸排列的模板 （見(jiàn)圖 2、表1），并在此基礎(chǔ)上利用C14為多肽提供疏水性和自組裝驅(qū)動(dòng)力，每個(gè)苯丙氨酸和賴(lài)氨酸的兩側(cè)放置脯氨酸削弱胰蛋白酶和胃蛋白酶的作用，在肽鏈的不同位置連接聚乙二醇結(jié)構(gòu)域，進(jìn)一步提高其蛋白酶穩(wěn)定性[58]。該方法設(shè)計(jì)得到的肽納米顆粒能夠抵抗高濃度蛋白酶降解。Zhu等[59]以精氨酸為陽(yáng)離子抗菌肽作為正電荷來(lái)源，在精氨酸的N端和C端分別放置半胱氨酸和賴(lài)氨酸用于保護(hù)精氨酸不被胰蛋白酶切割，并在賴(lài)氨酸C端連接脯氨酸對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。為了削弱糜蛋白酶和胃蛋白酶對(duì)多肽的水解能力，選擇異亮氨酸和纈氨酸作為疏水性氨基酸，得到了 XX(XCRKPX)nXX （n=2，3，4，5；X 為 I 或 V）序列模板，對(duì)C-末端進(jìn)行酰胺化修飾來(lái)進(jìn)一步提高穩(wěn)定性。多肽Ⅱ-I4-I的抗菌活性高，在各種蛋白酶、生理鹽條件下具有極高的穩(wěn)定性。但目前有關(guān)多肽Ⅱ-I4-I的報(bào)道較少，多肽Ⅱ-I4-I能否在復(fù)雜的體內(nèi)環(huán)境中依舊保持活性還有待探索。 圖片 4 展望 目前，化學(xué)修飾雖然為抗菌肽設(shè)計(jì)提供了很多選擇，但往往會(huì)對(duì)抗菌肽產(chǎn)生一些未知的影響，如化學(xué)結(jié)構(gòu)改變、生物活性難以預(yù)測(cè)等，此外高昂的制造成本使化學(xué)修飾無(wú)法在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用。在設(shè)計(jì)階段合理安排氨基酸序列規(guī)避酶切位點(diǎn)可以有效地避免不同蛋白酶的特異性切割位點(diǎn)，而不采用其他的修飾，不僅可以減少生產(chǎn)成本，使生物表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行批量化生產(chǎn)成為可能。但目前只有少部分有關(guān)于此方面的研究，仍需要大量試驗(yàn)進(jìn)行探索。 在與模擬的腸液和胃液濃度非常接近的蛋白酶的作用下，抗菌活性保持不變的自組裝納米顆粒設(shè)計(jì)方法為提高抗菌肽穩(wěn)定性提供了可能性，是未來(lái)的發(fā)展方向。除了通過(guò)不同的分子遺傳學(xué)策略提高抗菌肽內(nèi)在穩(wěn)定性，穩(wěn)定的治療方法和給藥方式也是飼用抗菌肽應(yīng)用中不可忽視的因素，在提高抗菌肽穩(wěn)定性的同時(shí)也應(yīng)考慮其適用性。因此，仍需要進(jìn)一步探索提高飼用抗菌肽的穩(wěn)定性的方法。 免責(zé)聲明：本文為行業(yè)交流學(xué)習(xí)，版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，可刪除 |
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簡(jiǎn)單回復(fù)
2023-08-31 15:21
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專(zhuān)注多肽(金幣+1): 謝謝參與
2023-08-31 18:28
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tzynew4樓
2023-08-31 22:15
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