中科院赖仞组天然抗菌肽成果登PloS ONE

　　

生物通报道，近日中国科学院昆明动物研究所抗菌肽与天然免疫研究实验室赖仞研究小组在抗菌肽的研究方面又取得新进展，他们在金环蛇的体内发现一种蛇Cathelicidin具有抗菌的潜在功效。该成果公布在PloS ONE上。

 

据悉，Cathelicidin是在哺乳动物体内发现的一类结构多变的抗微生物肽,因在表达的信号肽与成熟肽之间含有一高度保守的cathelin肽段而自成一家族。Cathelicidin和防御素一样，也是宿主免疫防御系统的重要组成部分。除了主要的抗菌活性以外，Cathelicidin还具有抑制组织损伤,促进创伤修复,结合内毒素，诱导血管生成等多种生物学功能。

 

近期来，在非哺乳动物的体内也发现有Cathelicidin的存在，已经在鸡和鱼的体内发现。但是一直没有在除哺乳动物外的其他脊椎动物中报道发现。

 

赖仞小组在金环蛇体内发现Cathelicidin，命名为Cathelicidin-BF，并构建了Cathelicidin-BF的cDNA文库。这些证实爬行动物体内也存在Cathelicidin。赖仞教授带领的研究小组对Cathelicidin-BF的结构和功能进行了深入的研究。

 

研究发现，Cathelicidin-BF在结构与功能上与典型的Cathelicidin具有差别，这为研究Cathelicidins的进化历程提供了实物依据。Cathelicidin-BF还具有抗微生物活性，研究者认为它可能成为优秀的临床抗生素药物，或是农药。

 

原文检索：Snake Cathelicidin from Bungarus fasciatus Is a Potent Peptide Antibiotics

 

【Abstract】

Cathelicidins are a family of antimicrobial peptides acting as multifunctional effector molecules of innate immunity, which are firstly found in mammalians. Recently, several cathelicidins have also been found from chickens and fishes. No cathelicidins from other non-mammalian vertebrates have been reported.

 

Discovery of snake cathelicidin with atypical structural and functional characterization offers new insights on the evolution of cathelicidins. Potent, broad spectrum, salt-independent antimicrobial activities make cathelicidin-BF an excellent candidate for clinical or agricultural antibiotics.

 

生物通 张欢

 

 

赖仞研究员1972年7月出生四川省资中县，于2001年8月在中国科学院昆明动物研究所获得博士学位，在攻读博士学位期间，发表了8篇SCI研究论文，并申请了15项国家发明专利，于2002年5月到英国利物浦大学和美国伯明韩阿拉巴马大学作博士后研究，两年后于2004年应聘中国科学院“****”到中国科学院昆明动物研究所组建抗菌肽与天然免疫实验室。带领实验室全体人员共同努力、积极创新，在较短的2年多时间内，取得了较好的成绩，尤其是在动物抗菌肽的研究与利用方面，得到了国际的认可和关注。

 

赖仞研究员率领的学科组专注于动物抗菌肽的分离纯化以及结构与功能的研究。发现了200多种抗菌肽（占全世界的15-20%），克隆了近400条编码抗菌肽的cDNA序列（占全世界的50%），申请了34个国家发明专利，并获得了11项专利授权，在入选“****”的两年时间里共发表了19篇SCI收录研究论文。目前已发表SCI收录研究论文33篇（其中第一或通讯作者29篇）。

 

 

 

取得的主要成就具体表现在以下方面：

1，发现了世界上最多的抗菌多肽，我们发现了世界已经抗菌肽总数的20%以上

随着青霉素等传统抗生素的大规模使用和不恰当的应用，微生物对传统抗生素产生了越来越强的耐受性，在临床上已经出现了大量的可以完全耐受青霉素等传统抗生素的病原体微生物。已有的抗生素对这些病原体微生物已经完全无能为力。对新型抗生素、很难诱导微生物耐受性的需求越来越迫切。抗菌肽是一类新型的抗微生物物质，它们是一类小分子多肽（分子量低于1万），抗菌肽的最大优势就是很难导致细菌的耐药性，从而引起世界的密切关注，很可能成为新型的抗生素，目前全世界已经发现了1200种左右的抗菌肽，而我们已经发现了200多种抗菌肽，占了全世界的20%。目前全世界克隆的编码抗菌肽的cDNA序列大概有800条，我们已经克隆了近400条（GenBank accession DQ672724-DQ673095，DQ673109-DQ673121,DQ679795, AF378904-8），占了全世界的近50%，申请了30个发明专利，并获得了11项专利授权。为开发设计新型抗感染药物提供了大量优良的模板。对这些抗菌肽的结构、功能、基因进行了系统的研究。我们的结果也为动物先天免疫研究提供了新的研究思路和方法。从2001年以来，我们已经在SCI发表了33篇研究论文，其中29篇为第一或者通讯作者，尤其是从2004年7月参加工作以来，我们已经发表了22篇SCI研究论文，包括Molecular and Cellular Proteomics (IF9.8， 通讯作者)、FASEB J（IF7.2， 通讯作者）和Europe J Immunol（IF5.0）等国际著名刊物。最近我们从在单个两栖动物物种中（无指盘臭蛙）发现了107种新型的抗菌肽类似多肽 (占全世界已知抗菌肽总数的10%以上)，克隆了372条抗菌肽基因，属于30个不同的多肽家族，是目前世界上发现的最丰富的抗菌肽资源，并对不同家族的抗菌肽样多肽进行了抗菌机制研究。国际同行的评价是：“This is a very fascinating paper. The extreme diversity is most exciting”。研究结果发表于《Mol Cell Proteomics》（IF 9.8）(2007 Jan 31; [Epub ahead of print])。

 

2，修饰改造抗菌肽，成功设计了同时具有抗菌活性和蛋白酶抑制剂活性的双功能抗菌肽

抗菌肽氨基酸序列中由于含有多个碱性氨基酸（如赖氨酸、精氨酸）而容易被丝氨酸蛋白酶水解，从而限制了抗菌肽作为抗感染药物的体内使用，同时拥有抗菌活性和蛋白酶抑制剂活性的抗菌肽将是优秀的体内使用的抗感染侯选药物。我们在长期工作积累的基础上对抗菌肽进行了大量的修饰和改造，最后成功地设计了同时拥有抗菌活性和蛋白酶抑制剂活性的抗菌肽，该双功能抗菌肽具有深远的生物学意义，为抗菌肽的临床应用打下了坚实的基础，研究结果被The FASEB Journal接受，得到了国际同行的高度评价。

 

3，对抗菌肽的作用机制进行了较为全面的研究

尽管抗菌肽作为新型抗感染药物研究和开发的热点，但是它们对微生物的作用机制一直还争论不休，还没有一个确切的结论。我们充分利用拥有的大量的抗菌肽资源，对12个不同家族的抗菌肽进行了抗菌作用机理的研究。我们的研究结果证明，不同抗菌肽的抗菌作用方式是不同的，有的作用于微生物的细胞膜、有的作用于微生物的细胞质、有的同时作用于微生物的细胞膜和细胞质、有的作用于微生物的细胞质和细胞壁间隙、还有的作用于微生物的细胞核。该研究结果发表于研究结果发表于《Mol Cell Proteomics》（IF 9.8）(2007 Jan 31; [Epub ahead of print])。

 

4，发现了在特殊环境下起作用的抗菌肽

我们发现并改造了一个抗菌肽，该抗菌肽在酸性环境下可以发挥强烈的抗菌活性，我们通过结构修饰与改造研究发现，该抗菌肽在酸性环境下具有强烈的抗菌活性是因为该抗菌肽氨基酸序列中含有多个组氨酸，敲除组氨酸的多肽在酸性环境下的抗菌效果大大降低。该抗菌肽很适合于作为酸性环境下（如胃环境）发挥抗感染活性的药物。该研究结果发表于FASEB J. 2004 Sep;18(12):1447-9. （IF 7.2）

 

5，首次发现了阴离子抗菌肽及其编码基因

抗菌肽一直被认为带正电荷，与带负电荷的微生物细胞膜相互作用从而发挥抗菌功能，我们从两栖动物皮肤中发现了带负电荷的抗菌肽，该抗菌肽由于氨基酸序列中含有3个天冬氨酸且不带任何正电荷而使整个多肽分子带负电，该带负电荷的多肽可以发挥抗菌活性，我们也克隆到了它的编码基因。该阴离子抗菌肽的发现打破了抗菌肽都是阳离子多肽的传统观念，对传统的抗菌肽作用机理也提出了质疑。因为传统的抗菌肽作用机理认为带正电的抗菌肽与带负电荷的微生物细胞膜相互作用从而发挥抗菌功能，我们的研究结果表明阴离子多肽也可以发挥抗菌功能。该研究结果发表于Biochem Biophys Res Commun. 2002 Jul 26;295(4):796-9。此后，我们又发现了阴离子防御素（defensin），防御素是一种在自然界分布极其广泛的抗菌肽，以前发现的防御素都带正电，我们发现的阴离子防御素再次证明了阴离子多肽也可以发挥抗菌功能，该研究结果发表于Biochem J. 2004 May 1;379(Pt 3):681-5. 阴离子抗菌肽的最大优点在于可以抵抗丝氨基酸蛋白酶的水解，因为在它们的氨基酸序列中不含碱性氨基酸。

 

6，首次发现了具有抗HIV活性的不带二硫键的线性抗菌多肽

   以前发现部分抗菌肽具有抗HIV活性，但是这些抗菌肽都具有一对或者多对二硫键，具有比较复杂的结构。实际生产和应用也具有较高的成本。我们从两栖动物中发现一种抗菌肽含有27个氨基酸残基，不带二硫键，为线性抗菌肽，具有较强的抗HIV活性。该线性抗菌肽的发现为设计新型的抗病毒多肽提供了新型模板，该研究结果发表于Peptides. 2002 Mar;23(3):427-35。

 

目前，赖仞研究员正主持多项国家基金、中科院重点项目和云南省重点基金项目。2005年得到中国科学院“****”择优支持。