环肽中的主链结构改变会同时影响膜通透性和生物活性

《Journal of Medicinal Chemistry》：Backbone Alterations in Cyclic Peptides Influence Both Membrane Permeability and Biological Activity

被动膜渗透性评估与结构修饰对环状肽生物活性的影响

　　这项研究围绕着环肽结构的细微调整，探讨了其对细胞膜渗透性及生物活性的影响。环肽因其独特的结构，具有良好的生物活性，但它们通常面临膜渗透性差的挑战，这限制了其在细胞内靶点药物开发中的应用。研究中选择的模型化合物是Sanguinamide A，其天然来源的结构具有一定的膜渗透能力，但并不完全满足细胞膜渗透性的要求。通过引入不同的芳香基团和细微的结构变化，研究团队试图优化这些环肽的膜渗透性和生物活性，从而拓展其在药物开发中的潜力。

首先，研究团队采用了一种综合策略，结合了膜渗透性检测实验和一种靶点无关的细胞涂装（cell-painting）实验。细胞涂装实验能够捕捉到化合物在细胞水平上的广泛影响，其通过分析细胞形态的变化来评估化合物的生物活性。这种方法避免了需要预先知道化合物的具体靶点，因此能够用于探索未知作用机制的环肽。此外，膜渗透性实验则采用了两种不同的方法：一种是基于人工膜的固相色谱法（CHI-IAM），另一种是Caco-2细胞模型。这两种方法都被用来评估化合物的被动膜渗透性，它们之间的结果具有良好的相关性，但同时也揭示了某些化合物在不同实验条件下的差异。

研究发现，对于Sanguinamide A的类似物，膜渗透性与生物活性之间存在显著的关联。某些化合物在膜渗透性测试中表现良好，而在细胞涂装实验中也显示出较强的生物活性。然而，也有一些化合物虽然具有一定的膜渗透性，但其生物活性表现却较为有限。例如，SA-B2在细胞涂装实验中仅在最高浓度下显示出活性，而其他类似物则在较低浓度下就表现出明显的生物效应。这表明，即使某些化合物的膜渗透性较好，它们的生物活性可能受到结构修饰的影响，因此在设计过程中必须同时考虑这两个因素。

通过引入不同的芳香基团，如吡啶、吡啶氧化物和苯环，研究团队对Sanguinamide A进行了系统性的结构修饰。这些芳香基团的引入不仅影响了环肽的极性，还对整体的柔性和构象变化产生了影响。例如，SA-B1和SA-B3在两种不同的溶剂（DMSO-d6和CDCl3）中表现出不同的构象变化，这可能与其在膜环境中的不同相互作用有关。而SA-B2则由于其独特的极性，表现出不同的行为模式。这些结构修饰导致了环肽在不同环境下的不同构象，从而影响了其在膜中的渗透性和与靶点的相互作用。

进一步的研究表明，某些结构变化可能对环肽的生物活性产生显著影响。例如，SA-B1在细胞涂装实验中表现出与Sanguinamide A相似的生物活性，这说明其结构修饰在不影响膜渗透性的前提下，仍能保留部分原有的生物功能。而其他结构变化，如引入叔丁基甘氨酸（如Danamide F），则导致了显著的生物活性差异。这表明，环肽的结构修饰需要仔细设计，以在提升膜渗透性的同时，避免对其生物活性造成负面影响。

此外，研究团队还利用核磁共振（NMR）技术，对环肽的构象变化进行了深入分析。NMR实验揭示了化合物在不同极性环境中的构象差异，例如在DMSO-d6中，某些环肽的NH基团表现出较高的溶剂暴露性，而在CDCl3中则显示出较强的氢键作用。这些变化可能影响了化合物在膜中的扩散能力，从而决定了其是否能够进入细胞内部。

研究还指出，环肽的生物活性可以通过细胞涂装实验的形态学参数进行评估。例如，化合物在细胞涂装实验中诱导的形态学变化可以反映其对细胞内多种靶点的影响。然而，这些变化并不总是能够直接与膜渗透性相关联，因此需要通过进一步的分析，例如将细胞涂装数据与已知的生物活性分类进行比较，才能更全面地理解化合物的作用机制。

研究团队还发现，环肽的生物活性可能受到多种因素的影响，包括其极性、构象变化以及对细胞内不同细胞器的相互作用。例如，某些环肽可能主要影响线粒体或内质网，而另一些则可能对细胞核或高尔基体产生影响。这些发现表明，环肽的生物活性并非单一的，而是可能涉及多个细胞过程。

研究结果强调了在设计环肽时，必须考虑膜渗透性和生物活性之间的平衡。通过引入芳香基团和调整结构的极性，研究团队发现某些环肽在提升膜渗透性的同时，也能保持其生物活性。然而，其他结构变化则可能导致生物活性的显著下降。这表明，环肽的修饰需要谨慎，以避免对靶点特异性造成干扰。

此外，研究还发现，环肽的生物活性可能受到其对细胞膜的相互作用方式的影响。例如，某些环肽在膜环境中表现出较强的氢键作用，而另一些则可能因结构的灵活性而改变其构象，从而影响其与靶点的结合能力。这些发现为未来环肽药物的设计提供了重要的参考。

总的来说，这项研究通过系统的结构修饰和多维度的实验分析，揭示了环肽在提升膜渗透性时可能面临的挑战，以及如何通过不同的化学策略来优化其生物活性。这些发现不仅有助于理解环肽的膜渗透机制，也为未来的药物开发提供了新的思路。