α-螺旋型抗菌肽结构参数与功能活性的关系

随着耐药病原菌出现,寻求更为安全有效的新型抗菌制剂迫在眉睫。抗菌肽具有广谱抗菌活性,杀菌快,不易产生耐药性等优点,是理想的新型抗菌剂,具有广阔前景。α-螺旋型抗菌肽是抗菌肽中的一大类。本文从α-螺旋型抗菌肽螺旋度,疏水力矩,疏水性,净正电荷数等方面阐述了结构与功能关系,及构效关系在α-螺旋抗菌肽分子设计与改造中的应用。     

抗菌肽活性及天然抗菌肽的改造

抗菌肽具有抗菌谱广、热稳定性强、分子量小及免疫原性小等特点,其杀菌机制独特,病原菌不易产生耐药性,有望开发成新一代肽类抗生素。本文主要综述了影响抗菌肽生物活性的生化性质,即螺旋度、疏水性、两亲性、正电荷数等,并从结构的角度论述了其对抗菌肽抑菌活性的影响。部分抗菌肽具有空间结构不稳定、溶血活性等缺点,限制了其临床应用。因此,对天然抗菌肽的改造也成为目前抗菌肽的研究热点,本文还综述了天然抗菌肽的改造方法。     

猪源抗菌肽PMAP-36的序列设计及其结构优化的研究进展

抗生素的耐药性和动物源性食品中的药物残留问题严重威胁全球公共卫生系统。因此,开发出不易产生耐药性、抗菌活性高的新型抗菌药物迫在眉睫。抗菌肽因其分子量小、抗菌谱广、不易产生耐药性等优点受到科学家们的广泛关注,但天然抗菌肽具有抗菌活性低、溶血活性和细胞毒性等缺陷。随着抗菌肽序列和结构的不断优化,多种具有显著体内外抗菌活性且安全高效的新型抗菌药物被研发出来。猪源抗菌肽PMAP-36是从猪骨髓细胞中分离出来的一种具有典型两亲性α-螺旋结构的高阳离子抗菌肽。本文就国内外关于猪源抗菌肽PMAP-36的序列设计及其结构优化等方面的研究进展进行综述。     

抗菌肽结构与功能关系及分子改造研究进展

抗菌肽是生物体产生的一种具有抗菌活性的多肽小分子,具有广谱、特异性的抗菌、抗病毒、抗肿瘤等作用。研究表明抗菌肽的正电荷含量、疏水性和肽链结构对抗菌肽的活性至关重要的。围绕以上三个方面对抗菌肽进行分子设计和改造,以期更加有效地提高抗菌肽的抗菌活性,获得到更加高效、低毒的抗菌肽产品。该文主要通过抗菌肽结构与功能的关系,介绍抗菌肽分子设计的研究进展。     

蛙科两栖动物皮肤抗菌肽的分子多样性及功能

摘要: 蛙科(Ranidae)是全球分布最广泛的两栖动物, 种类超过650种。为开拓和适应广阔的栖息地及多样的生态环境, 其皮肤腺体中进化产生了结构复杂、种类繁多的抗菌肽。它们除具有广谱抗菌活性外, 还有抗肿瘤、抗病毒等生物学活性。蛙科动物皮肤抗菌肽起源于共同祖先, 在漫长的进化过程中, 基因发生了多重复制和突变, 形成了天然抗菌肽的巨大资源库。这些肽在模拟膜的溶剂中几乎都是疏水的, 并带正电荷, 以一种两亲性的α-螺旋的构象存在。根据氨基酸组成及结构的相似性, 可以将蛙科动物抗菌肽分成brevinin-1、esculentin-1、esculentin-2、temporin、ranalexin、ranatuerin-1、ranatuerin-2、plaustrin、brevinin-2、tigerinin、japonicin、nigrocin和melittin相关肽等若干个家族。文章结合作者的研究工作, 综述了目前已经鉴定的蛙科动物皮肤抗菌肽的分子多样性特点、家族性质和生物学活性的研究进展, 并阐述了东北林蛙新家族抗菌肽的特点。 关键词: 蛙科; 抗菌肽家族; 分子多样性; 生物学活性     

一类蛙源非典型结构抗菌肽cDNA的克隆以及成熟肽的预测

抗菌肽是两栖类非特异性免疫的重要组成部分,具有广谱的抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗寄生虫等活性,而且不易产生耐药性.抗菌肽的功能发挥与其特有的α螺旋结构密切相关,但是一些抗菌肽在水溶液中呈无规则卷曲,在类膜溶液中才转变成α螺旋,这类抗菌肽往往表现出极强的抗菌肽活性或细胞毒性,在药物开发中提供更多的利用潜能.本文从东北林蛙(Rana dybowskii)皮肤组织中,通过RT-PCR技术,克隆了一类无规则卷曲的抗菌肽,属于chensirin-2家族.19条不同的抗菌肽的cDNA序列共编码3种长度为14个氨基酸残基的成熟肽,分子量在1450.78-1460.82之间,理论等电点在9.53-9.70之间,3种抗菌肽都有两亲性和阳离子性,二级结构呈现无规卷曲.这些理化性质预示着这3种抗菌肽可能具有特殊的药用价值.     

鱼类抗菌肽的研究进展

鱼类抗菌肽是鱼体天然免疫的重要组成部分,其结构和组成复杂多样.根据生化和结构特点,可将它们分为4种基本类型：具有疏水或双亲性α螺旋结构的抗菌肽、含多对二硫键并可形成β折叠结构的抗菌肽、组蛋白样抗菌肽和具有糖基化修饰的抗菌肽.鱼类抗菌肽多以前肽原的形式合成,通过酶解切除信号肽和羧基端酸性片段后形成有活性的成熟肽.成熟肽具有很强的抑菌活性,其最小抑制浓度多在毫摩尔水平.目前,已克隆了多个鱼类抗菌肽基因,揭示了pleurocidin等基因家族的结构及其转录调控特点.鱼类抗菌肽的抗菌机制已建立了“桶-桶板”和“地毯”样两种模型,基本阐明了抗菌肽分子结构与抗菌功能间的关系.     

苦荞α-螺旋发夹抗菌肽的分子改造抑制植物真菌活性

本研究对来源于苦荞的α-螺旋发夹抗菌肽FtAMP抗真菌机制与结构之间的关系进行了研究。首先人工合成了FtAMP分子中N-端和C-端的α-螺旋(FtAMP-N和FtAMP-C）,探究两个α-螺旋究竟是哪个螺旋在起抗菌作用。然后以FtAMP为模板,α-螺旋区电荷和两亲性特征为变化要素,利用螺旋轮投影和特定氨基酸残基替换的方法,对其进行初步分子改造,并通过对多肽结构和活性比较,探讨FtAMP结构-功能的关系。研究表明,FtAMP-N和FtAMP-C都显示出良好的抗菌活性。根据螺旋轮投影方法分析螺旋的两亲性特征,并以FtAMP氨基酸序列为模板,分别表达4个FtAMP突变体(FtAMP-E12A、FtAMP-E12A/E9K、FtAMP-E12A/E9A和FtAMP-E12A/E9K/T24E）。圆二色光谱分析显示,4个多肽都可正确折叠成α-螺旋结构,在208 nm和222 nm处有典型的双负峰,表明氨基酸的改变及其表达过程中并未改变多肽的二级结构。抗真菌活性分析显示,与FtAMP相比,4种突变体对植物真菌的抑制作用均有一定增强。特别是FtAMP-E12A/E9K突变体,其抗真菌作用增强约1倍,同时诱导溶血活性并不显著,选择特异性提高近2倍。该研究也进一步表明,α-螺旋发夹抗菌肽发挥抗真菌效应主要与其螺旋结构有关,而与其抑制剂的活性位点没有关系,为该类抗菌肽结构和功能的关系提供了一定的参考。     

利用亮氨酸和赖氨酸设计新型α-螺旋抗菌肽

【目的】根据螺旋轮模型设计以亮氨酸(L)为疏水面,赖氨酸(K)为亲水面的新型α-螺旋抗菌肽LK,并对该抗菌肽的生物学活性进行检测。【方法】利用圆二色光谱分析LK的二级结构,同时,评价LK的抑菌活性、稳定性和细胞选择性。【结果】在模拟细胞膜的环境中LK呈α-螺旋型结构。LK对多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌有很强的抑菌活性,最小抑菌浓度(MIC)在2-4μmol/L之间。LK具有很强的酸碱盐稳定性。肽浓度为2-4μmol/L时,LK表现出较低的溶血活性和细胞毒性。【结论】根据螺旋轮模型结构,以疏水性的L和正电荷性的K设计的新型抗菌肽LK具有较高的细胞选择性及稳定性,具有替代抗生素的发展潜力。     

东北林蛙抗菌肽dybowskin-1ST的结构预测及生物学活性分析

运用生物信息学方法进行东北林蛙抗菌肽dybowskin-1ST的进化、结构及抗原表位预测,分析其抑菌机理及结构性质,应用小鼠伤口愈合实验及体外抑菌实验进行活性验证。同时为改良亲本肽、进行新型衍生肽的研发提供理论基础。使用软件MEGA_X对dybowskin-1ST及其他蛙类抗菌肽进行同源性比对并绘制系统进化树;通过在线软件ProtParam、ProtScale、PeptideCutter、SignalP、TMHMM Server分别预测抗菌肽dybowskin-1ST的理化参数、亲/疏水性、剪切位点、信号肽及跨膜区域;分别应用 SOPMA、Jpred4及DNAstar Protean软件多重分析预测dybowskin-1ST的二级结构,利用SWISS-MODEL和I-TASSER软件进行三级结构预测。通过在线软件ABCpred和SYFPEITHI进行T/B抗原表位预测。构建小鼠伤口模型,观察dybowskin-1ST促进伤口愈合活性。应用纸片法及96孔板法,确定dybowskin-1ST的抑菌活性。抗菌肽dybowskin-1ST含有59个氨基酸,其中亮氨酸占16.9%,分子式为C318H510N80O93S2,理论等电点为5.10,电荷量为?2。抗菌肽dybowskin-1ST与东北林蛙抗菌肽dybowskin-1CDYa亲缘较近。三种方法二级结构预测结果相似,dybowskin-1ST中α-螺旋、延伸链、β-转角、无规卷曲,所占比例分别为44.07%、16.95%、3.39%、35.39%。三级结构预测中显示该抗菌肽大部分为α-螺旋结构,抗菌肽dybowskin-1ST总体预测为亲水性蛋白,具有信号肽序列。亚细胞定位分析显示,其分泌线粒体靶向肽的可能性为0.944。该蛋白属于膜外蛋白,无跨膜结构区,有7个磷酸化位点,3个T细胞抗原表位和8个B细胞抗原表位。dybowskin-1ST具有促进伤口愈合的作用,能够有效抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌活性,但对真菌及耐药菌的抑菌活性有限。dybowskin-1ST结构中虽富含α-螺旋,但验证实验表明其抑菌能力仍有待加强,原因可能是由于其带负电荷且为亲水性蛋白,以提高正电荷数及改变疏水性为基本思路进行氨基酸改造可获得活性升级的衍生肽。