细胞穿透肽的转导机制及应用现状

为解决外源性物质通过有效传递由胞外运输至胞内的难题,具有运载和穿透细胞膜的短肽类物质近年来受到极大的关注。细胞穿透肽(cell-penetrating peptides, CPPs)是一种一般少于30个氨基酸残基,自身能够携带外源性物质进入细胞内的多肽类物质,它们能够以多种方式通过与细胞膜的相互作用穿透其屏障而作用于细胞内。本研究就CPPs的转导方式和转导机制进行详细的综述,对当前需解决的问题进行了说明,并阐述了穿透肽在预防和治疗的应用情况,为CPPs的设计和临床应用等方面提供理论参考。     

细胞穿膜肽研究应用的新进展

细胞穿膜肽(Cell-penetrating peptides,CPPs)是一类能够穿过细胞膜或组织屏障的短肽。CPPs可通过内吞和直接穿透等机制运载蛋白质、RNA、DNA等生物大分子进入细胞内发挥其效应功能。相比于其他非天然的化学分子,CPPs具有生物相容性佳、对细胞造成的毒性小、完成入胞转运后可降解、并能与生物活性蛋白直接融合重组表达等优点,因此成为以胞内分子为靶标的药物递送技术发展的重要工具,并在生物医学研究领域具有良好的应用前景。文中针对CPPs的分类特点、入胞转运机制及其治疗应用的新近研究进展进行综述和讨论。     

细胞穿透肽应用的研究进展

细胞穿透肽是一类具有特殊细胞膜穿透作用的短肽,研究发现其为药物大分子物质的细胞内转运提供了有力工具,现已得到了广泛关注和大量研究.一方面,近年来发现,细胞穿透肽的应用面临着药物释放率、代谢降解、细胞系的分化状态和Rho-GTPases活性的依赖性等问题,从而阻碍了其研究开发的进程.另一方面,细胞穿透肽在肿瘤治疗、抗菌和抗炎靶向药物等方面的研究却取得了显著的进展,甚至进入了临床前和临床研究阶段.本文围绕细胞穿透肽在应用开发中所面临的挑战和机遇两方面,综述了近期的研究进展,并对细胞穿透肽在新领域中的应用进行了展望.     

新型细胞穿膜肽的鉴定方法与其在抗肿瘤治疗中的应用

如何将生物活性分子高效投递到靶标的细胞和组织仍然是生物治疗领域研究人员面临的难题之一。直到细胞穿膜肽(cell penetrating peptides, CPPs)的出现,其可介导多种外源性功能分子(核酸、多肽、蛋白质和化学药物)进入细胞,而且不影响外源活性分子的功能发挥。另外,CPPs在传递外源活性成分进入肿瘤组织和细胞方面表现出更具应用前景的优势。因此,通过对CPPs的分类、鉴定方法、穿膜机制、其在抗肿瘤治疗中的最新应用以及尚需要解决的问题进行综述,以期为新型CPPs的鉴定和其抗肿瘤治疗策略提供参考。     

细胞穿膜肽的穿膜活性与序列特征的关系

细胞穿膜肽(cell penetrating peptides,CPPs)是一种小分子多肽,能够容易地穿过细胞膜.这类分子,尤其是具有靶向功能的CPPs为高效率投送药物到靶细胞带来希望.因此,对其展开研究对于生物医学有着一定的意义.本工作主要从序列水平对具有不同穿膜活性的CPPs进行研究,试图找出影响CPPs穿膜活性的因素,以及不同活性CPPs与非穿膜肽(Non CPPs)序列上的差异,并引入一种分析生物序列的方法.我们基于CPPsite数据库和不同的文献获取CPPs和Non CPPs序列,并进一步从CPPs序列中提取具有高、中、低穿膜活性的穿膜肽(HCPPs、MCPPs、LCPPs)用于构建数据集.基于这些数据集,开展了以下研究:首先,利用方差分析的方法,对不同活性的CPPs以及Non CPPs的氨基酸及二级结构组成进行分析,发现氨基酸的静电与疏水相互作用对CPPs的穿膜活性起到了重要影响,同时螺旋结构和无规卷曲也会影响CPPs的穿膜活性;其次,使用理化性质与长度将不同活性的CPPs展示在二维平面上,发现在某些特殊的性质下不同活性的CPPs与Non CPPs可以产生聚簇现象,HCPPs、MCPPs以及LCPPs和Non CPPs被分成了三簇,这种现象显示了它们之间的差异;最后,本文引入了生物序列理化质心的概念,将组成序列的残基看作质点,进而把序列抽象成质点系进行研究,并将此方法应用到CPPs的分析中,通过PCA方法将不同活性的CPPs投射到三维平面上,结果发现绝大部分CPPs聚在一起,部分LCPPs与Non CPPs聚在一起.此工作对于CPPs的设计,以及理解不同活性CPPs序列上的差异具有一定的意义.另外,本文引入的生物序列理化质心的分析方法也可以用于其他生物问题的分析,同时它们可以作为某些生物分类问题的输入参数,在模式识别中起到一定的作用.     

以两亲性细胞膜穿透肽为基础的siRNA递送策略

小干扰RNA(si RNA)的发展给针对病理障碍特异性基因的靶向治疗带来了巨大的希望。然而,细胞膜对带负电荷分子的低渗透性,细胞对si RNA的摄取能力差,成为了si RNA临床应用的主要障碍。虽然学者们提出了一系列si RNA递送的方法,但是截止到目前,仍没有递送si RNA的通用方法。细胞膜穿透肽(cell-penetrating peptides,CPPs)的发现为si RNA非侵袭性的进入细胞提供了一种非常有前景的运载工具,已被成功地应用于治疗性si RNA分子的体内和体外实验的递送。最近,一种新的以两亲性CPPs为基础的si RNA递送系统-CADY(a secondary amphipathic peptide,Ac-GLWRALWRLLRSLWRLLWRA-cysteamide)受到了高度关注,它能与si RNA形成稳定的非共价复合物,并在原代和悬浮细胞系中高效地递送si RNA,具有极高的应用前景。     

综述: 细胞穿透肽及其结构改造在siRNA传递中的应用

小RNA药物应用于临床的主要技术瓶颈在于如何高效、低毒地将小RNA分子传递到它发挥功能的场所．基于细胞穿透肽在小RNA透皮给药的临床应用中所取得的进展,本文系统评述了近年来细胞穿透肽在小RNA的体内、体外传递方面的研究动态,分析了细胞穿透肽的结构改造对肽/小RNA复合物转染进入细胞发挥功能的影响,展望了细胞穿透肽作为小RNA的体内药物传递载体的发展方向．     

细胞穿透肽:一种新型非病毒载体

细胞膜的选择通透性对维持细胞内环境的稳定起着非常重要的作用,但细胞膜的这种特性限制了一些生物大分子和药物进入细胞内,不利于对一些细胞内疾病的诊断和药物靶向治疗的应用。如何将一些具有诊断和治疗潜力的生物大分子、药物通过细胞膜进入细胞内一直是医学界研究的热点和难点。细胞穿透肽是一类能够携带多肽、蛋白质、核酸、纳米颗粒、病毒颗粒及药物等穿过细胞膜进入细胞,导致完整载物内化的短肽,为生物大分子和药物进入细胞内部提供了有力的运载工具,其作为载体具有的高转导效率和低毒性特点,已经得到了广泛关注和大量研究。目前,细胞穿透肽作为生物分子和药物细胞内化的运载体已经在荧光成像,肿瘤治疗,抗炎治疗及药物靶向治疗中发挥了潜在的诊断和治疗作用,显示出其诱人的应用前景。     

细胞穿透肽在肿瘤治疗中的应用

随着人类对基因组信息解读的不断深入,越来越多的生物大分子作为候选药物进入生物治疗领域。但细胞表面的脂质双层膜具有选择通透性,这种天然屏障作用在保护细胞的同时也限制了绝大多数生物大分子进入细胞内部发挥治疗效应。目前流行的入胞转运方式如电穿孔、脂质体转染等均存在对细胞的额外毒副作用,且作用范围局限于体外实验。细胞穿透肽是一类以非受体依赖方式,非经典内吞方式直接穿过细胞膜进入细胞的多肽。它们可以与多种生物活性物质连接并携带其进入细胞,这一特性为它们成为理想的药物载体提供了可能。本文对使用细胞穿透肽作为载体转运具有抗癌作用的生物大分子进入细胞的抗癌实验予以介绍。     

穿膜肽的研究现状及应用

以细胞内物质为靶标的药物(大分子、蛋白质、多肽及核酸)只有穿透细胞膜才能进一步发挥其药效。细胞穿透多肽(穿膜肽)是由少于30个氨基酸残基组成的小肽,它们能够通过与细胞膜相互作用而穿透细胞膜这一天然屏障。穿膜肽大致分为宿主防御肽、基于信号序列的穿膜肽和富含精氨酸的穿膜肽;穿膜肽进入细胞的机制尚未完全阐明,存在倒置微团模型、地毯式模型及打孔模型等假说。穿膜肽能够携带各种物质进入细胞的特性受到人们的关注。我们就穿膜肽的种类、穿膜机制,及其在生物影像学和生物递送系统中的应用做一综述。     

细胞穿透肽设计及肿瘤靶向治疗

细胞穿透肽是近年来发现的具有穿透生物膜功能,并能介导大分子物质跨膜转导的一类小分子短肽。该肽段以其转导效率高,速度快,生物活性好,对细胞损害小等特点,成为药物导向治疗方法研究领域的热点。肿瘤靶向治疗的一个局限性是不能使药物有效地进入肿瘤细胞内,极大地降低了肿瘤靶向药物治疗的疗效。因此,如何使抗癌药物特定输送至肿瘤细胞群是当前亟需研究设计的课题,本文就特异性靶向穿膜肽在肿瘤靶向治疗方面的设计、应用作一综述。     

细胞穿膜肽入胞检测方法概述

迄今为止,已有多达上百种的细胞穿膜肽(cell-penetrating peptides,CPPs)被发现报道,但这类多肽分子的入胞能力参差不齐,限制了其作为药物载体的应用。虽然已有多种实验方法可用于细胞穿膜肽入胞的检测,但由于缺乏通用的技术来确切证实CPPs的入胞能力,所以应当结合使用多种方法以降低误差。对不同的技术在检测CPPs入胞时的优缺点进行比较,并针对性地提出比较理想的解决方案,可为制订CPPs入胞标准化检测步骤提供一些参考。     

膜穿透肽的应用与穿膜机制研究

膜穿透肽(membrane penetrating peptide,MPP)能引导大分子物质穿透细胞膜.应用MPP为载体,引导神经营养分子通透血脑屏障进入神经元,能有效治疗中枢神经系统疾病;在基因治疗方面, MPP引导干扰小RNA进行基因治疗,避免了使用病毒载体等一些传统基因治疗方法的毒副作用.穿膜机制研究证实 MPP通透细胞膜的过程分为三个阶段:与细胞表面结合;细胞巨胞饮摄取 MPP;MPP从胞饮体中逃逸入胞质,其中最后阶段是限速步骤.随着对多肽片段的深入研究和穿膜机制的逐渐明晰,MPP的应用将会更为深入和广泛.     

糖蛋白的结构与功能

糖蛋白是由寡糖和多肽链共价修饰连接而形成的一类重要生理活性物质,它广泛存在于细胞膜,细胞间质,血浆以及粘液中,糖蛋白中的糖链在维持蛋白质稳定,抵抗蛋白酶水解,防止抗体识别及参与肽链在内质网的拆叠启动等方面发挥着重要作用,具有开关和调谐功能,激素功能,胞内转运功能,保护和促进物质吸收,参与血液凝固与细胞识别等,对于增殖的调控,受精,发生,分化以及免疫等生命现象,起着十分重要的作用。     

细胞穿膜肽pep-1与vMIP-Ⅱ的融合表达与纯化

细胞穿膜肽是一类能携带大分子物质进入细胞的短肽,其穿膜能力不依赖经典的胞吞作用。本研究构建了含有细胞穿膜肽pep-1和病毒巨噬细胞炎症蛋白-Ⅱ(viral macrophage inflammatory protein-Ⅱ,vMIP-Ⅱ)的融合表达质粒pET15b-pep-1-vMIP-Ⅱ,并将其转化大肠杆菌BL21(DE3)plysS中经IPTG诱导表达,经SDS-PAGE和Western-blot鉴定出可溶性的融合蛋白pep-1-vMIP-Ⅱ。通过对IPTG浓度、温度等诱导表达条件进行优化,确定在IPTG浓度为0.2mmol/L、28℃下诱导7h可溶性蛋白的表达量相对较高,经Ni-NTA亲和层析,超滤除盐纯化获得高纯度的融合蛋白pep-1-vMIP-Ⅱ,将该蛋白作用于Hela细胞,激光共聚焦显微镜观察结果显示该融合蛋白能够携带目的基因穿透细胞膜。本文结果将为进一步研究vMIP-Ⅱ的功能和细胞穿膜肽技术的应用奠定基础。     

细胞粘附分子研究现状

细胞粘附分子是指由细胞合成、存在于细胞膜或胞外、可促进细胞粘附的一大类分子的总称。研究表明,细胞粘附分子在胚胎发育、伤口愈合、学习与记忆的神经机制以及病毒感染、肿瘤转移等多种生理和病理过程中均发挥重要作用。研究细胞粘附分子既可以帮助我们了解机体的重要生理过程和病理机制,并为肿瘤、ＡＩＤＳ的治疗提供新的手段。细胞粘附分子（ｃｅｌｌａｄｈｅｓｉｏｎｍｏｌｅｃｕｌｅｓ,ＣＡＭ）是多细胞生物的重要功能分子,在形成组织器官的正常结构与功能、细胞的游走与运动、机体的发育与成长、伤口的愈合、神经的再生、病毒感染、肿瘤转移等方面均有重要作用。     

细胞透性化技术及其应用

细胞透性化技术可以在不破坏细胞整体有机体系的情况下改变细胞膜的通透性,从而克服细胞膜的渗透屏障,降低胞外物质的传质阻力,使胞内酶在稳定的细胞内环境中发挥作用,从而提高其稳定性和催化效率.细胞透性化技术方法简便,在提高固定化细胞生物转化效率以及胞内酶的原位分析等方面有着广泛的应用.本文将简要介绍细胞透性化技术的概念、处理方法及其应用情况.     

超电荷绿色荧光蛋白(+36GFP):一种新型生物大分子穿膜载体

超电荷绿色荧光蛋白(sc GFP)是一种表面带很高净电荷的新型功能蛋白质。ScGFP具有很强的水溶性和抗蛋白质聚集的能力,在生物技术、医药和材料科学方面有着广泛的应用前景。带正电荷的sc GFP能够穿透细胞膜,具有运载核酸和蛋白质等生物大分子进入哺乳动物细胞内的能力。与传统的转运载体相比,sc GFP有细胞毒性低、转运效率高和具广泛的细胞普适性等优点。带正电荷的sc GFP与带负电荷的核酸分子之间通过静电相互作用形成自组装的多离子复合物,这与生物体中的组蛋白和带负电荷的DNA之间自组装成染色质的行为非常相似。本文以带有36个正电荷的超电荷绿色荧光蛋白(+36GFP)为例,对超电荷蛋白的性质,细胞穿透能力以及其作为生物大分子穿透载体的应用等方面做一综述。     

编者按: 转运——小干扰RNA应用领域的瓶颈问题

自20世纪末RNA干扰现象(RNA interference)及其作用机制被发现以来,外源性的小干扰RNA(siRNA)已广泛地用于从基础研究到临床实践的多个领域。但,如何有效地、特异地将siRNA输送进入靶细胞,始终是使用者关注的重点,并已逐步成为siRNA应用于临床治疗的瓶颈问题之一。目前开展研究的siRNA转运方法主要包括3类：a. 通过与配基偶联实现siRNA的转运;b. 将siRNA包载于纳米颗粒等中经内吞进入细胞; c. 载体与细胞膜融合释放所载siRNA进入细胞。 本刊在这期中特意选择了3篇文章组成了一个小专题来介绍与探讨siRNA的输送问题。梁伟等应邀撰写了题为《siRNA脂质纳米输送载体的研究进展》的综述,介绍了siRNA输送载体的基本要求,特别是脂质纳米载体(lipid-based siRNA delivering systems)的设计和构筑原则,以及这类载体的研发现状和应用前景;张洪杰等结合自身的研发工作撰写了《细胞穿透肽及其结构改造在siRNA传递中的应用》一文,从发现、毒副作用、传递机制、结构修饰与传递功能改进等几个方面,系统评述了细胞穿透肽(cell penetrating peptides)在siRNA传递方面研究与应用的进展;张兴梅等在《适配子介导的siRNA转运》一文中重点介绍了基于适配子(aptamer)的siRNA转运系统的转运机制、近期研究进展和应用前景。3篇文章各有侧重,反映了当前siRNA转运研究中几个比较活跃的领域的研究进展,希望能对广大读者有所帮助。     

TAT蛋白转导域：蛋白质治疗的新曙光

TAT蛋白转导域是源自人类免疫缺陷病毒Tat蛋白的一段碱性氨基酸多肽,能够将与之共价连接的多肽、蛋白、核酸等生物大分子快速而高效地转导入细胞内部,在药物转运和疾病治疗等领域有着巨大的应用潜力.TAT蛋白转导域首先通过电荷相互作用吸附于细胞膜,然后通过脂筏介导的巨胞饮作用进入细胞.随着体外研究的不断成熟,应用TAT蛋白转导域治疗人类肿瘤、卒中、炎症等疾病的动物模型也获得了成功,TAT蛋白转导域进入临床指日可待.