作用于烟碱乙酰胆碱受体的α~*-芋螺毒素研究进展

芋螺毒素(conotoxin,conopeptide,CTx)是由热带海洋中的肉食性软体动物芋螺分泌产生的一大类生物活性肽,它们相对分子质量小,能特异地作用于动物体内各种离子通道和受体,具有巨大的药物开发价值。其中,A-超家族的α-芋螺毒素(α-CTx)是发现最早的且最重要的一类成员,它能特异性作用于烟碱型乙酰胆碱受体(nicotinic acetylcholine receptors,nAChRs),是肌肉或神经型nAChRs的选择性阻断剂。nAChRs与中枢神经系统紊乱如疼痛、成瘾、癌症等多种疾病密切相关。近年来,人们陆续发现其他超家族的芋螺毒素中也有成员可阻断nAChRs,如αA-、αB-、αO-、αC-、αD-、αS-等家族的芋螺毒素。上述能阻断nAChRs的芋螺毒素统称为α~*-芋螺毒素(α~*-CTx)。α~*-芋螺毒素对nAChRs阻断活性的差别与它们的结构有着密切的联系。结合国内外研究现状,对α~*-CTx与nAChRs相互作用的关键位点以及结构与功能的关系进行综述,可为相关研究提供参考。     

α-芋螺毒素的研究现状

α-芋螺毒素是近年来研究较多的一种海洋生物神经毒素,它特异性竞争结合烟碱型乙酰胆碱受体,化学结构独特。本文介绍了有关α-芋螺毒素的种类、结构特征、生物学活性和制备方法等方面的研究进展,及其在生物化学、生物学以及新药开发等方面的应用前景。     

α-芋螺毒素与乙酰胆碱结合蛋白共结晶的结构特点

烟碱型乙酰胆碱受体(n AChRs)是配体门控离子通道,它与疼痛、阿尔茨海默氏病、成瘾等疾病密切相关。α-芋螺毒素是n AChRs的拮抗剂,也是治疗上述疾病的先导药物。乙酰胆碱结合蛋白(ACh BPs)与n AChRs的配体结合结构域同源性较高,它们的药理特性和离子通道激活机制也相类似,α-芋螺毒素与ACh BPs共结晶结构解析了α-芋螺毒素残基如何选择结合n AChRs。现对α-芋螺毒素与ACh BPs共结晶结构进行综述,旨在剖析α-芋螺毒素与n AChRs相互作用的关键残基,为开发药效更好的芋螺毒素提供参考依据。     

从织锦芋螺中克隆α芋螺毒素序列

为了从我国南海产织锦芋螺（Ｃｏｎｕｓｔｅｘｔｉｌｅ）中分离新的毒素序列并研究其应用价值,进行了织锦芋螺毒素基因的分离工作．从织锦芋螺毒管中提取ｍＲＮＡ,以Ａ族芋螺毒素的信号肽编码部分和３′端非翻译部分的保守序列为引物,通过ＲＴ－ＰＣＲ扩增和序列分析方法获得新的芋螺毒素序列．结果得到两种不同的α芋螺毒素序列,两者都属于α４／７亚型芋螺毒素,预测其成熟肽序列分别为Ｐｒｏ－Ｇｌｕ－Ｃｙｓ－Ｃｙｓ－Ｓｅｒ－Ａｓｐ－Ｐｒｏ－Ａｒｇ－Ｃｙｓ－Ａｓｎ－Ｓｅｒ－Ｓｅｒ－Ｈｉｓ－Ｐｒｏ－Ｇｌｕ－Ｌｅｕ－Ｃｙｓ－Ｇｌｙ（Ｃ端Ｇｌｙ可能被酰胺化）和Ｐｒｏ－Ｇｌｕ－Ｃｙｓ－Ｃｙｓ－Ｓｅｒ－Ｈｉｓ－Ｐｒｏ－Ａｌａ－Ｃｙｓ－Ａｓｎ－Ｖａｌ－Ａｓｐ－Ｈｉｓ－Ｐｒｏ－Ｇｌｕ－Ｉｌｅ－Ｃｙｓ－Ａｒｇ．采用传统的生化分离手段尚未从织锦芋螺中获得过α芋螺毒素序列,这两种α芋螺毒素作用的种属特异性、受体类型特异性和在小细胞肺癌的诊断和治疗中的应用价值有待进一步研究     

新型α-芋螺毒素基因克隆的引物筛选

目的:优化PCR条件,建立能特异扩增出α-芋螺毒素基因片段的最理想PCR条件.方法:根据α-芋螺毒素基因保守的信号肽或内含子序列和非翻译区保守核苷酸序列设计了多组特异引物,并对引物浓度和退火温度等影响因素进行优化.结果:根据α-芋螺毒素基因保守的内含子序列为引物、引物浓度为0.1 μmol/L、退火温度为50℃时,能特异的扩增出α-芋螺毒素基因片段,分子量大约分别为180bp和300bp.结论:采用优化的PCR条件,能筛选出克隆新型的α--芋螺毒素基因片段的最理想引物,为α-芋螺毒素的化学合成、活性研究和应用提供基础.     

Ⅰ-超家族芋螺毒素研究进展

Ⅰ-超家族芋螺毒素是芋螺毒素中较复杂的超家族之一,它可分为Ⅰ1和Ⅰ2两组．通常由33～46个氨基酸所组成．具有相同的4对半胱氨酸骨架,可特异性作用于各种离子通道及受体．现对该芋螺毒素的生物化学及分子生物学特征、生理学活性、结构与功能的关系及应用前景等方面的研究进行综述．     

α-芋螺毒素lt1a的纯化与鉴定

芋螺毒素是芋螺毒液管中所分泌的富含半胱氨酸和各种翻译后修饰的多肽混合物.从信号芋螺毒液中纯化出一系列天然多肽.其中L3组分经N端序列测定以及酶切质谱分析,确定其一级序列为GVWDγCCKDPQCRQNHMQHCPA,其中γ为羧基化谷氨酸.该毒素具有典型的α-芋螺毒素半胱氨酸骨架,被命名为lt1a,是迄今为止被报道的最长的一条α-芋螺毒素.     

海南产桶形芋螺蛋白质二硫键异构酶的鉴定

蛋白质二硫键异构酶(PDI)是内质网新生肽链折叠中一个重要的折叠酶.在热 带药用海洋生物芋螺的毒液中富含PDI酶,该酶对于毒液中芋螺毒素神经肽的体内 氧化折叠至关重要.本研究主要采用凝胶过滤层析和制备型Rotofor液相等电聚焦 电泳等多种方法,从海南产桶形芋螺（Conus betulinus Linnaeus）毒管中分离 纯化天然的PDI酶蛋白,经电泳和MALDI-TOF MS质谱鉴定分析确证获得了高纯度 的桶形芋螺PDI酶,建立了天然芋螺PDI酶分离纯化的技术方法. 以芋螺毒素线性 肽K412为底物进行了PDI酶活性鉴定.结果表明,该分离纯化的PDI酶能够促进K412 的氧化折叠.由于芋螺毒素的氧化折叠非常复杂,且氧化折叠后具有正确二硫键连 接方式的芋螺毒素才具有各种药理活性,因此,本研究结果为后续PDI酶在种类繁 多的芋螺毒素氧化折叠中的应用及其作用机制研究提供了重要的物质基础.     

织锦芋螺ο家族芋螺毒素的序列分析

为了从织锦芋螺（Ｃｏｎｕｓｔｅｘｔｉｌｅ）中尽可能多地分离出ο家族的毒素序列和研究其应用价值,在克隆了织锦芋螺α芋螺毒素的基础上进行了织锦芋螺ο家族芋螺毒素基因的分离工作．从织锦芋螺毒管中提取ｍ ＲＮＡ,通过ＲＡＣＥ（ｒａｐｉｄ ａｍ ｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｃＤＮＡ ｅｎｄｓ,ｃＤＮＡ 末端的快速扩增）－ＰＣＲ方法扩增获得ο家族芋螺毒素ｃＤＮＡ 片段,并进行克隆和序列分析．从织锦芋螺毒液中获得了６种新的芋螺毒素序列,且毒素序列的成熟肽部分均符合Ｃ－ Ｃ－ ＣＣ－ Ｃ－ Ｃ的保守半胱氨酸框架．这些是新的ο家族芋螺毒素序列,新序列的阐明为进一步研究其生物活性和应用打下了基础．     

织锦芋螺毒素的研究进展

芋螺毒素是来源于芋螺的毒液的活性多肽,由于其分子质量小、结构多样、作用靶点广泛、功能专一、组织特异性强等优点,广泛地被用作细胞中各种具有重要生理功能靶点的探针,以及作为新药的先导化合物甚至直接作为新药开发.芋螺可以分为食鱼、食软体动物和食虫3种类型,织锦芋螺是一种分布广泛的食软体动物芋螺.作为毒性最强的芋螺品种之一,织锦芋螺毒素成为食软体动物类芋螺毒素研究的代表.现对20世纪90年代末至今的织锦芋螺毒素方面的研究进行了综述.     

新型α-芋螺毒素Di1.1的克隆、合成及功能研究

目的：从中国南海长距芋螺中克隆出新的芋螺毒素序列并用固相方法合成该毒素,测定其折叠后的二硫键配对方式并初步研究其药理学特性。方法：根据芋螺毒素A超家族保守的信号肽序列设计引物,通过3＇-RACE扩增,从芋螺毒腺管中克隆出新的毒素基因;采用Fmoc-固相法合成线性多肽,通过空气氧化折叠获得含二硫键的折叠产物,用两步氧化折叠法测定多肽的二硫键连接方式;用双电极电压钳技术初步研究其药理学特性。结果：发现-种新的α-芋螺毒素Dil．1的cDNA序列,其成熟肽序列为CcVIESCHSNHIDECES;该肽二硫键连接方式以C1-C4、C2-C3为主,以C1-C3、C2-C4连接为辅,对烟碱型乙酰胆碱受体各亚型活性较弱。结论：Dil．1是-种新的α4／7型芋螺毒素,其折叠方式以C1-C4、C2-C3连接为主。     

ω-芋螺毒素及其衍生物的合成

研究ω 芋螺毒素及衍生物的结构与生物活性的关系。采用固相多肽合成法合成了ω 芋螺毒素及其衍生物。结果显示 ,ω 芋螺毒素衍生物结构稳定性和生物活性均比ω 芋螺毒素差。     

重组芋螺毒素His-Xa-MrVIB分泌表达研究

[目的]利用简单快速的基因工程法来生产富含二硫键的芋螺毒素Mr VIB,寻找有效合成具有天然活性芋螺毒素的新途径。[方法]人工设计合成芋螺毒素Mr VIB基因引物来构建表达载体p ET22b(+)/His-Xa-Mr VIB,将其转化大肠杆菌BL21(DE3)plys S进行诱导表达。再利用Ni-NTA琼脂糖柱进行亲和层析纯化重组蛋白,Tricine-SDS-PAGE电泳分析重组蛋白表达形式。[结果]重组芋螺毒素His-Xa-Mr VIB(r His-Xa-Mr VIB)在大肠杆菌中获得有效分泌表达,经一步亲和层析获得纯度大于90%的重组芋螺毒素。[结论]基因工程方法能够有效分泌表达芋螺毒素Mr VIB,解决化学合成芋螺毒素产量低、成本高、难以纯化等问题。     

芋螺毒素的翻译后修饰

芋螺毒素是一类由芋螺毒液管分泌的生物活性小肽,能特异地作用于各种离子通道和神经递质受体.芋螺毒素的一个显著特点是具有高度的翻译后修饰,包括Glu的γ羧基化、L型氨基酸到D型氨基酸的异构化、Pro等的羟基化、Trp的溴代等.这些翻译后修饰在提高芋螺毒素分子多样性的同时,也增强了芋螺毒素的功能.现主要针对芋螺毒素中的各种翻译后修饰的发现、分布、功能和参与反应的酶系统进行综述.     

芋螺毒素的药用价值研发进展

芋螺毒素是一种海洋软体动物芋螺分泌的一类用于自卫和捕食的小肽神经性毒素。芋螺毒素具有很高的药用开发价值和潜力。近年来,具有高度特异性生物活性的芋螺毒素一直广泛应用于研制特异性诊断试剂以及开发疗效特异的新药之中,并作为分子模型用于相关新药的设计。本文对近年来芋螺毒素药用开发研究的最新进展做一综述。     

α-芋螺毒素GIC与Ac-AChBP共结晶条件的筛选与优化

旨在筛选及优化α-芋螺毒素与乙酰胆碱结合蛋白(ACh BPs)共结晶的条件,得到高分辨率的共结晶晶体。在昆虫表达系统中分泌表达海兔乙酰胆碱结合蛋白(Ac-ACh BP),并用凝胶色谱进行纯化,把纯化的乙酰胆碱结合蛋白与α-芋螺毒素GIC共结晶,利用结晶机器人及HAMPTON RESEARCH结晶试剂盒进行结晶及结晶条件的筛选与优化。结果显示,在0.6 mol/L Ammonium citrate dibasic,0.1 mol/L Sodium acetate trihydrate p H4.8的条件下生长的晶体较好,其分辨率可以达到2.1?。筛选与优化结晶条件(Ammonium citrate dibasic的摩尔浓度及0.1 mol/L Sodium acetate trihydrate的p H值)可以得到高分辨率的α-芋螺毒素GIC与Ac-ACh BP共结晶晶体。     

海南产桶形芋螺线粒体基因组DNA提取条件的优化

提取海南产桶形芋螺线粒体基因组完整DNA (mtDNA),并对提取条件进行优化。以桶形芋螺腹足肌肉、毒腺和肝胰脏三个不同组织为材料,分别采用改进高盐沉淀法、细胞器/磁珠法和试剂盒提取三种方法,提取桶形芋螺mtDNA,并利用琼脂糖凝胶电泳和紫外分光光度计对提取mtDNA的纯度和浓度进行测定。以coxⅠ-rRNA小亚基基因和α-芋螺毒素基因设计引物,通过PCR反应来确证所提取的DNA确实是mtDNA。试剂盒法提取肝胰脏、高盐沉淀法提取肝胰脏和腹足肌肉组织这三种方法的产率很高,分别为44.4μg/mg、43.3μg/mg和32.6μg/mg。A260/280比值表明,改进高盐沉淀法提取毒腺和腹足肌肉组织,细胞器磁珠法提取腹足肌肉组织的mtDNA纯度很高。综合比较,采用改进高盐沉淀法,利用桶形芋螺腹足肌肉组织所提取的mtDNA产率高、质量好、纯度高。高质量芋螺mtDNA的获取为利用分子生物学方法对芋螺进行遗传进化分析和系统分类提供了基础。     

一种新4/3型α-芋螺毒素突变体的合成及功能研究

目的：合成难溶的新4/3型α-芋螺毒素Eb1.3突变体Eb1.3［ΔR1,W13M］,并初步测定其与烟碱型乙酰胆碱受体亚型的结合作用。方法：采用Fmoc-固相法合成线性肽Eb1.3［ΔR1,W13M］,通过空气氧化折叠和磺化产物折叠获得含二硫键的折叠产物,利用两步折叠法测定其二硫键连接方式,双电极电压钳技术检测其药理活性。结果：Eb1.3［ΔR1,W13M］线性肽经折叠生成的主产物Ⅰ的二硫键排列方式为少见的C1-C4、C2-C3,而非典型的C1-C3、C2-C4,线性肽磺化后再经GSH交换可加速折叠,10 μmol/L的产物Ⅰ对乙酰胆碱受体α3β2亚型的抑制率为28.97%±8.44%。结论：新4/3型α-芋螺毒素Eb1.3突变体Eb1.3［ΔR1,W13M］形成非典型的二硫键C1-C4、C2-C3,产物Ⅰ对乙酰胆碱受体α3β2亚型具有一定的结合活性。     

μ芋螺毒素基因的串联表达

芋螺毒素是一类小分子多肽,专性作用于生物系统的离子通道及其它神经递质。针对自然产芋螺毒素产量小、采集、提取困难等因素,采用基因表达的方法,将μ-芋螺毒素基因进行串联,在大肠杆菌中得到了有效地表达。     

芋螺毒素ImI的化学合成及其杀虫活性研究

为研究芋螺毒素Im I的杀虫活性,本研究采用化学方法合成芋螺毒素线性肽,经氧化折叠后质谱鉴定获得芋螺毒素Im I,采用MTT法和昆虫注射法研究其杀虫活性。结果表明采用化学合成法可以成功合成芋螺毒素线性肽,经氧化折叠后质谱鉴定形成2个二硫键;活性实验表明芋螺毒素Im I具有抑制昆虫细胞sf9生长的活性,半数有效量为0. 13 n M;对黄粉虫具有杀虫活性,半数致死剂量为0. 11μg/mg。通过化学合成法可以有效合成芋螺毒素Im I,其具有良好的杀虫活性,可为研发新型多肽类生物杀虫剂奠定基础。