目前,耐藥菌已成為嚴(yán)重威脅人們健康和生命的嚴(yán)重臨床問題,抗菌肽（AMPs）被認(rèn)為是常規(guī)抗生素對抗耐藥菌威脅的潛在替代物。自然界中大多數(shù)陽離子抗菌肽不含組氨酸,只有部分含有組氨酸,而組氨酸的側(cè)鏈咪唑基團(tuán)往往使得這些抗菌肽具有與含其它陽離子氨基酸不同的性質(zhì),如易受金屬離子的影響等。然而,組氨酸對陽離子抗菌肽結(jié)構(gòu)、功能的影響還不是很清楚。因此,本研究擬以兩種天然陽離子抗菌肽Polybia-MPI（MPI）和Protonectin（Pro）為研究對象,探究將組氨酸引入天然的、不含組氨酸的陽離子抗菌肽中而對抗菌肽的活性、構(gòu)效關(guān)系、穩(wěn)定性、毒性及肽對金屬離子的響應(yīng)等的影響。MPI和Pro分別是從社會性黃蜂Polybia paulista、Agelaia pallipes pallipes的毒液中分離出來的陽離子抗菌肽,具有較好的抗細(xì)菌、抗真菌活性和較低的細(xì)胞毒性,其中MPI序列中含三個(gè)賴氨酸,Pro的序列中含有一個(gè)賴氨酸。首先我們探討了用組氨酸全部替換賴氨酸對MPI的抗菌活性、穩(wěn)定性、二級結(jié)構(gòu)、細(xì)胞毒性和細(xì)胞選擇性的影響。研究發(fā)現(xiàn),與MPI相比,His-Polybia-MPI（HMPI）只表現(xiàn)與M... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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抗菌肽的生物學(xué)功能（圖片引自[51]）

蘭州大學(xué)博士研究生學(xué)位論文組氨酸引入對抗菌肽的生物活性、構(gòu)效關(guān)系及肽與金屬離子相互作用的影響7成桶形通道，例如alamethicin[72]、pardaxin[73,74]和protegrins[20]。在環(huán)形孔模型中，肽段垂直插入脂質(zhì)雙層中，但不存在特定的肽-肽相互作用[75]。肽誘導(dǎo)脂質(zhì)雙層的局部彎曲，其孔的一部分由肽形成，而一部分由磷脂頭基形成（圖1.2），動態(tài)和短暫的脂肽超分子被稱為“環(huán)孔”。與桶形孔相比，該模型的顯著特征是雙分子層的排列：在桶形孔中，脂質(zhì)的疏水性和親水性排列得以維持，而在環(huán)形孔中，雙分子層的疏水性和親水性排列被破壞。由于孔在分解時(shí)是瞬時(shí)的，一些肽易位到內(nèi)質(zhì)單層，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)并可能靶向細(xì)胞內(nèi)組分[76]。環(huán)形孔的其他特征包括離子選擇性和離散尺寸[38]。研究發(fā)現(xiàn)，許多AMPs會形成環(huán)形孔，例如magainin2[77]、lacticinQ[77]、aurein2.2[78]和melittin[75,77]。圖1.2抗菌肽的三種膜滲透模型（圖片引自[79]）AMPs也可以在膜上不形成特定孔的情況下起作用，地毯模型是其典型代表[38,53,77]（圖1.2）。AMPs平行于脂質(zhì)雙層吸附并達(dá)到閾值濃度以覆蓋膜表面，從而形成“地毯”，產(chǎn)生類似洗滌劑的作用，膜的完整性喪失，其最終通過形成膠束而使膜裂解，膜雙層結(jié)構(gòu)最終塌陷成膠束。地毯模型不需要膜結(jié)合的肽單體的特定的肽-肽相互作用，也不需要肽插入疏水核心形成跨膜通道或特定的肽結(jié)構(gòu)[38]。通過地毯模型起作用的AMPs包括cecropin[80]、indolicidin[31]、aurein1.2[81]和LL-37[53]。除了上述模型外，還有其他相關(guān)模型，例如Shai-Huang-Matsazuki模型，界面活性模型和電穿孔模型[77]。有人提出，類似地毯的機(jī)制是環(huán)形孔模型的先決條件[77]。使用成像技術(shù)已經(jīng)針對細(xì)菌細(xì)胞膜研究了幾種AMPs的作用機(jī)理

蘭州大學(xué)博士研究生學(xué)位論文組氨酸引入對抗菌肽的生物活性、構(gòu)效關(guān)系及肽與金屬離子相互作用的影響10圖1.3AMPs細(xì)胞選擇性的分子基礎(chǔ)（圖片引自[114]）AMPs的陽離子性質(zhì)有助于細(xì)胞選擇性[115]，因?yàn)榧?xì)菌細(xì)胞膜的表面比哺乳動物細(xì)胞膜帶更多的負(fù)電荷（圖1.3）。細(xì)菌的細(xì)胞膜富含酸性磷脂，例如磷脂酰甘油和心磷脂。在極端情況下，磷脂酰甘油約占表皮葡萄球菌內(nèi)膜磷脂的90％。具有較高負(fù)電荷脂質(zhì)水平的細(xì)菌對magainin更敏感[108]。細(xì)菌細(xì)胞壁還包含陰離子分子，例如革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞外膜中的脂多糖（LPS）和革蘭氏陽性細(xì)菌肽聚糖中的磷壁酸。相反，在哺乳動物細(xì)胞中，酸性磷脂通常位于質(zhì)膜的內(nèi)部單層中（圖1.3）[116]。外部單層主要由兩性離子磷脂酰膽堿和鞘磷脂組成，而帶負(fù)電荷的神經(jīng)節(jié)苷脂以次要成分存在。最近，李等人的研究結(jié)果表明神經(jīng)節(jié)苷脂在buforinIIb肽進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的過程中起關(guān)鍵作用[117]。兩親性肽的疏水表面與細(xì)胞表面上的兩性離子磷脂之間的疏水相互作用在AMPs與哺乳動物細(xì)胞膜的相互作用中起主要作用。許多生物物理研究都支持這一概念，例如溶血肽與磷脂酰膽堿具有很強(qiáng)的相互作用，而非溶血肽則沒有[42,118-120]。近來，已經(jīng)有人建議將陰離子硫酸化的糖胺聚糖（例如硫酸乙酰肝素）用作富含Arg并可穿透細(xì)胞的肽進(jìn)入細(xì)胞的分子門戶[121]。具有多個(gè)Arg殘基的AMPs可以通過糖胺聚糖途徑進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。據(jù)報(bào)道，缺少精氨酸的magainin不與硫酸化的糖胺聚糖相互作用[122]。除了細(xì)胞表面電荷以外，還有一些因素也有助于抗菌肽的細(xì)胞選擇性[123]，例如，哺乳動物細(xì)胞中穩(wěn)定膜的膽固醇可保護(hù)細(xì)胞免受AMPs的攻擊。內(nèi)部負(fù)跨膜電位能通過促進(jìn)帶正電荷的肽插入膜而使膜通透性改


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