本技术介绍了一种新型低毒性广谱抗菌肽及其应用,该抗菌肽具有中心PXXP铰链结构,通过从头设计方法合成。抗菌肽由带正电荷的赖氨酸(Lys,K)和疏水性色氨酸(Trp)组成,展现出低毒性和广谱抗菌特性。
背景技术
传统抗生素因其强大的抗菌活性能够有效治疗传染性疾病,但抗生素滥用导致了各种耐药细菌的出现,抗微生物耐药性的流行率迅速上升,对公众健康构成了重大威胁。尤其是耐多药细菌的出现对临床治疗构成巨大挑战(Clinical Infectious Diseases.2019,68(5):873-884.)。由于多药耐药菌株的抗微生物耐药性可以在菌株之间转移,并在全球范围内迅速传播,因此迫切需要新的治疗策略来克服目前可用的抗菌药物的局限性。
抗菌肽(Antimicrobial Peptides,AMPs)是一类具有广谱抗菌特性的小分子肽,可以快速杀死目标,是生物体免疫防御系统的一部分,已成为开发新型抗生素的有希望的候选者,被广泛研究用于治疗多药耐药病原体相关的传染病(Nature Reviews DrugDiscovery.2020,19(5):311-332.)。AMPs最常见的结构特性为阳离子性和两亲性,阳离子抗菌肽所带的正电荷与带负电荷的细菌表面结构发生静电相互作用吸附在一起;肽的两亲结构中的亲水区域可以插入到细菌细胞膜的疏水核心,破坏细菌细胞膜的完整性,从而导致细胞死亡(Journal of Molecular Biology.2019,431(18):3547-3567.)。由于细菌细胞表面的结构和电荷性能不能改变,因此AMPs很少诱导耐药性,对耐多药细菌具有显著的杀菌作用。
然而,要使抗菌肽进一步在临床上应用,还需要克服天然AMPs稳定性差、合成成本高、毒性高等缺点。常见的修饰策略有改善肽的两亲性、改善疏水性、引入脂肪酸或非天然氨基酸替换等。Wang(Journal of medicinal chemistry,2018,61(9):3889-3907.)等人报道了一种不完美的两亲性回文肽I6(RRIRIIIRIRR-NH2
),对真菌和细菌表现出较强的抗菌活性,同时,该研究表明,大多数具有不完全两亲性构象的AMPs表现出更好的广谱抗菌活性。Di(Science advances,2020,6(18):eaay6817.)等人用D-Val替代L-Val的设计增加了对蛋白酶水解的抗性,并降低了对哺乳动物细胞的毒性。另外,二级结构也是影响抗菌肽活性的一个重要参数。一方面,二级结构对维持AMPs的抗菌活性做出了重要贡献。另一方面,规则和稳定的二级结构通常导致AMPs的溶血活性和细胞毒性增加(Frontiers inmicrobiology,2018,9:2832)。而脯氨酸(Pro)可以作为一种理想的二级结构破坏器,通过在肽序列中插入Pro可能能够提高AMPs的选择性。Tripathi(Acta biomaterialia,2017,57:170-86.)等人使用Pro选择性地替换α螺旋肽中的Phe,试图提高细胞选择性,结果表明,Pro替代可有效降低AMP对哺乳动物细胞的细胞毒性,而不会影响其抗菌和抗内毒素特性。在此基础上,申请人自主从头设计了由带正电Lys和疏水性Trp交替重复形成的两亲性抗菌肽,并在其中心位置引入含有Pro的铰链结构来提高抗菌肽的选择性,以期得到具有高活性、低毒性和高稳定性的抗菌肽。
实现思路