基於昆蟲防禦素的新分子設計:從防禦素支架到發夾肽結構

  最早起源於歐洲的蛆蟲療法(Maggot therapy)是一種自然的生物療法,用於治療傳統抗生素無法治愈的嚴重性創麵感染。最近,歐洲科學家發現蛆蟲療法的關鍵效應分子為一類多肽類防禦素物質。這類昆蟲防禦素由40個左右的氨基酸組成,含有3對二硫鍵。它們主要靶向革蘭氏陽性細菌的細胞膜組分,而對革蘭氏陰性細菌活性較弱。另外,該類分子不易化學合成或基因工程重組導致藥物開發進展緩慢。 

  為了克服上述問題,動物所朱順義研究組利用結構相似性信息對來自於麗蠅蛹集金小蜂的防禦素Navidefensin2-2進行了分子設計和人工改造,獲得了廣譜低毒且易化學合成的低分子量小肽,用於進一步開發針對臨床耐藥細菌的肽類抗生素藥物先導。 

  基於昆蟲防禦素的羧基端與天然的beta-發夾(β-hairpin)抗微生物肽的結構相似性,我們工程化了Navidefensin2-2beta-折疊片層區域。通過單點突變(Gly4Cys)引入一個半胱氨酸重建兩對新的二硫鍵,我們將昆蟲防禦素羧基端beta-折疊片層結構改造成典型的beta-發夾肽結構。獲得的14個氨基酸的小肽命名為NvBH。液相層析串聯質譜(LC-MS/MS)技術證實了該肽的二硫鍵鏈接方式。圓二色譜分析表明該分子呈現一個典型的beta-發夾結構。研究發現在低的微摩爾濃度下NvBH無論在完全氧化或部分氧化的狀態下均能抑製一批革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌(包括一些耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌臨床分離株)的生長。作用機製研究表明NvBH能夠有效破壞敏感細菌的細胞膜結構,導致細菌死亡。NvBH具有低的溶血性和高度的血清穩定性和蛋白酶抗性,使其成為一個新型的抗感染類藥物先導物。我們的研究表明昆蟲防禦素的羧基端亞域(subdomain)是一類有前途的抗感染藥物資源。該論文已在ACS Chem. Biol.發表(DOI: 10.1021/cb400591d)。 

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