基于昆虫防御素的新分子设计:从防御素支架到发夹肽结构

  最早起源于欧洲的蛆虫疗法(Maggot therapy)是一种自然的生物疗法,用于治疗传统抗生素无法治愈的严重性创面感染。最近,欧洲科学家发现蛆虫疗法的关键效应分子为一类多肽类防御素物质。这类昆虫防御素由40个左右的氨基酸组成,含有3对二硫键。它们主要靶向革兰氏阳性细菌的细胞膜组分,而对革兰氏阴性细菌活性较弱。另外,该类分子不易化学合成或基因工程重组导致药物开发进展缓慢。 

  为了克服上述问题,动物所朱顺义研究组利用结构相似性信息对来自于丽蝇蛹集金小蜂的防御素Navidefensin2-2进行了分子设计和人工改造,获得了广谱低毒且易化学合成的低分子量小肽,用于进一步开发针对临床耐药细菌的肽类抗生素药物先导。 

  基于昆虫防御素的羧基端与天然的beta-发夹(β-hairpin)抗微生物肽的结构相似性,我们工程化了Navidefensin2-2beta-折叠片层区域。通过单点突变(Gly4Cys)引入一个半胱氨酸重建两对新的二硫键,我们将昆虫防御素羧基端beta-折叠片层结构改造成典型的beta-发夹肽结构。获得的14个氨基酸的小肽命名为NvBH。液相层析串联质谱(LC-MS/MS)技术证实了该肽的二硫键链接方式。圆二色谱分析表明该分子呈现一个典型的beta-发夹结构。研究发现在低的微摩尔浓度下NvBH无论在完全氧化或部分氧化的状态下均能抑制一批革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌(包括一些耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌临床分离株)的生长。作用机制研究表明NvBH能够有效破坏敏感细菌的细胞膜结构,导致细菌死亡。NvBH具有低的溶血性和高度的血清稳定性和蛋白酶抗性,使其成为一个新型的抗感染类药物先导物。我们的研究表明昆虫防御素的羧基端亚域(subdomain)是一类有前途的抗感染药物资源。该论文已在ACS Chem. Biol.发表(DOI: 10.1021/cb400591d)。 

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