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。     

一种新的大分子纳米载体—细胞穿透肽的研究和应用进展

自从20年余前第一次发现细胞穿透肽(cell-penetrating peptides,CPPs)以来,细胞穿透肽新家族成员的发掘和应用研究发展迅速。这些短肽可以通过共价或非共价连接形式穿过细胞膜,并且可以携带多种没有能力克服细胞膜通透性障碍的分子进入细胞。作为纳米级转运载体,大多数CPPs是无毒的,并已成为药物治疗、诊断以及蛋白质、核酸功能等方面研究的新型潜在工具。该文重点从CPPs的分类、结构与功能关系、跨膜机制、细胞器定位、细胞毒性、与外源物质连接方式以及应用等方面介绍了国际上有关CPPs的研究进展及其存在的挑战和未来前景。     

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。     

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。     

蛋白质转导及其内在化机制

蛋白质转导是新近发展起来的向细胞内快速输送外源性大分子或高极性分子的有效途径。它实质上是一些蛋白质,尤其是病毒蛋白上被称为蛋白质转导区(PTD)的小片段,蛋白质和其他物质,如DNA、脂质体、纳米颗粒、环孢素A等与之结合后,即能够被携带进入细胞或穿过血脑屏障。蛋白质转导的内在化机制目前尚不清楚,可能与带正电荷(富Arg)的PTD肽与细胞膜上带负电荷的硫酸乙酰肝素有关,但不排除其他内在化机制。     

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.     

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。     

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。     

新型蛋白转导域PTD4的细胞内转导及其组织分布

目的:合成新型蛋白转导域PTD4,研究其细胞内穿膜效应及在体组织分布。方法:设计并采用固相合成法合成新型蛋白转导域PTD4,用FAM(羧基荧光素)进行标记,采用高效液相色谱仪(HPLC)和质谱仪测定其纯度与相对分子质量;采用荧光倒置显微镜和激光扫描共聚焦显微镜观察其在细胞内的穿膜情况;采用裸鼠活体成像观察穿膜肽在体内的组织分布及代谢特性,并切片观察各组织器官的分布情况。结果:合成了新型蛋白转导域PTD4,纯度为95.76%,相对分子质量为1776.5;PTD4在体外的穿膜效应有时间与浓度依赖性,约24 h代谢完毕,且共聚焦显微镜细胞层扫证实穿膜肽进入胞内;尾静脉注射的PTD4在裸鼠体内可迅速分布于各组织器官,但组织分布不均一,且有时间与浓度依赖性,6 h后荧光强度下降了大半,且腹腔注射方法不如尾静脉注射的穿膜效率高。结论:采用Fmoc固相肽合成法可成功合成蛋白转导域PTD4;PTD4能高效穿透细胞膜,穿膜效应呈时间与浓度依赖性;PTD4在体内能迅速分布于各组织细胞。     

HIV-1 TAT蛋白转导肽的研究进展

TAT蛋白转导肽是人类免疫缺陷病毒1型(human immunodeficiency virus type 1, HIV-1)编码的一段富含碱性氨基酸、带正电荷的多肽,属于蛋白转导域家族的一员。长期研究发现其全长及11个碱性氨基酸富集区的核心肽段(YGRKKRRQRRR)不仅能够在包括蛋白质、多肽及核酸等多种外源生物大分子的跨膜转导过程中具有重要作用,而且能够携带这些外源生物大分子通过活体细胞的各种生物膜性结构(如细胞膜和血脑屏障等)并发挥生理功能,但其跨膜转导机制仍不明确。新近研究还发现TAT核心肽段在促进外源蛋白高效表达过程中也具有重要作用,能够显著增加外源蛋白高效、可溶性表达的水平,显示了TAT蛋白转导肽的新功能。以TAT蛋白转导肽跨膜转导作用的长期研究背景为基础,分别从TAT蛋白转导肽的结构特点、其跨膜转导作用的影响因素及其作用机制等方面进行了系统综述,进一步结合TAT蛋白转导肽的最新研究进展分别从药物研发、机制探索及新功能的开发等方面展望了后续研究方向与应用价值,不仅为深入阐述TAT蛋白转导肽的跨膜转导作用的功能意义提供了参考依据,而且为TAT蛋白转导肽在微生物工程及蛋白质工程等领域的潜在应用价值提供了重要参考信息。     

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.     

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.     

浅析穿膜肽联合双螺旋RNA结合域技术递送siRNA入胞新策略

RNAi是真核生物中普遍存在的,能够剔除特定基因表达的监控机制,是传染性疾病及恶性肿瘤基因治疗的理想策略.然而,人体内各种生物膜形成的天然屏障的存在,使得siRNA进行临床应用的效率低下.近年来,研究者们发现了一类能够以高效无耗能方式穿过细胞膜进入细胞内的穿膜肽,它能够通过连接后易位的方式将结合上的siRNA递送入胞.但是,穿膜肽与siRNA结合时,会发生团聚、沉淀而限制其入胞效率.而RNA结合蛋白中存在的双螺旋RNA结合域,可在不改变siRNA结构基础上,结合并屏蔽siRNA的负电荷,协助穿膜肽更好地递送siRNA入胞,发挥特异的基因沉默作用.据此,建立了一种新的具有高效应用潜力的siRNA运输方式,为细胞免疫、基因治疗等临床研究提供一些参考.     

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。     

解淀粉芽胞杆菌胞外抑菌活性物质研究现状

解淀粉芽胞杆菌是芽胞杆菌属的一个种,在生长过程中可以向胞外分泌多种抑菌活性物质。按照胞外抑菌活性物质合成方式的不同分为两大类,一类是通过核糖体途径合成的核糖体类细菌素、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶等抑菌物质;另一类是通过非核糖体途径合成的细菌素、表面活性素、芬荠素、伊枯草菌素等脂肽类物质。这些代谢产物种类丰富、广谱抑菌、抗逆性强,可应用于农业、食品工业和环境保护等。本文对解淀粉芽胞杆菌抑菌活性物质的研究及应用现状进行综述,为深入研究和全面开发解淀粉芽胞杆菌抑菌活性物质提供充足的理论依据。     

细胞穿膜肽作为药物载体的研究进展

由于细胞膜的天然屏障作用,大多数具有治疗作用的极性分子、多肽、寡聚核苷酸很难进入细胞内发挥药效作用[1~3],因此很多具有良好治疗功能的大分子生物活性物质在实际应用中受到了极大的限制.为了克服这一治疗障碍和药物的转运,人们已经发展了各种穿透细胞膜的技术[4].目前通过细胞膜向细胞内转运的技术有病毒载体和非病毒载体.非病毒载体包括电穿孔、显微注射和脂质体转染[5,6].虽然这些方法广泛使用,但是存在很大的局限性,如转入效率低,细胞毒性大等.因此,寻找一种高效、无毒和能够穿过细胞的物质势在必行.     

ABC细胞膜转运蛋白及其介导的细胞多药耐药研究进展

ABC细胞膜转运蛋白是一个能转运多种底物的蛋白质家族,其在宿主对异物的防御机制和肿瘤细胞对抗癌药物的耐药性中发挥重要作用。ABC转运蛋白能将已进人细胞的外源性物质从胞内泵出胞外,是造成肿瘤细胞多药耐药的主要原因,其基因表达水平与细胞内药物浓度和耐药程度密切相关。近年来,肿瘤细胞多药耐药性研究炙手可热。我们简要综述ABC细胞膜转运蛋白的特点、分布、表达及其介导的细胞多药耐药方面的研究进展。     

渤海湾仿刺参养殖圈内贝莱斯芽胞杆菌B-VE的分离鉴定及其产抗菌脂肽的研究

为分离筛选具有广谱抑菌作用的细菌并研究其抗菌物质,实验利用琼脂扩散法和牛津杯法,以溶壁微球菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞杆菌、大肠埃希菌为指示菌,从渤海湾大连海域仿刺参养殖圈中分离筛选出9株活性菌,2株具有广谱抑菌效果,其中1株抑菌效果最强。通过形态学和分子生物学检测分析,鉴定该菌株为贝莱斯芽胞杆菌(Bacillus velezensis),命名为B-VE。通过酸沉法分离发酵液中的抑菌物质,利用飞行时间质谱对其分子量进行检测,初步确定其隶属于抗菌脂肽类物质,抑菌物质包括的三种物质分别为伊枯草菌素(Iturin)、芬荠素(Fengycin A)和杆菌霉素(Bacillomycin D)。实验发现该抗菌脂肽类粗提物具有较强的pH和温度耐受性,可以耐受多种蛋白的酶解作用,且在多种有机溶剂中可以保持较强的抑菌效果。利用扫描电镜检测发现其主要通过破坏细菌的细胞膜对溶壁微球菌产生抑菌作用。结果表明,贝莱斯芽胞杆菌B-VE广谱抑菌,所产抗菌脂肽对细菌具有较强的破膜作用,且理化性质稳定,具有较好的开发利用价值。     

细胞穿膜肽介导蛋白/多肽类药物输送的研究进展

在当前药物研发中,蛋白/多肽类药物占据着重要地位。然而,此类药物大多需进入细胞内才能发挥作用,故细胞摄取率低的问 题成为制约其发展的关键因素。细胞穿膜肽是一类富含精氨酸的短肽,自身具有较强的生物膜穿透能力,可携带多种大分子甚至是纳米 粒入胞。因此,穿膜肽被广泛应用于药物输送,且基于穿膜肽介导药物胞内输送,成为解决蛋白/多肽类药物入胞问题的优选策略。主 要综述穿膜肽介导蛋白/多肽类药物输送用于不同疾病治疗的研究进展。