基于Cecropin和Cathepsin衍生的混合生物活性肽的设计及其在治疗中的应用

《Chemical Biology & Drug Design》：Design of Hybrid Bioactive Peptides Derived From Cecropin and Cathepsin for Therapeutic Application

新型抗微生物多肽设计：通过整合cecropin和cathepsin保守序列，采用计算生物学方法筛选出三株候选肽，验证其体外广谱抗菌活性（包括革兰氏阳性/阴性菌及真菌）、低细胞毒性（对HUVEC和A375细胞存活率>85%）、无溶血性（Hemolysis%<5%），并通过果蝇幼虫模型证实其体内抗感染和免疫调节潜力（CECB1_CATL1.2存活率提升70%）。分子对接显示与DNA gyrase等靶点高亲和力（-23.4至-33.5 kJ/mol），且通过ADMET分析确认其安全窗口。

　　在面对全球日益严重的抗菌素耐药性问题时，科学家们正在积极寻找新的治疗策略。生物活性肽（BAPs）因其广泛的抗菌活性和优异的生物相容性，成为一种极具前景的替代疗法。特别是抗菌肽（AMPs），它们不仅能够有效对抗多种病原体，还具有独特的机制，使得其在耐药性微生物的治疗中展现出潜力。然而，AMPs在临床应用中面临一些挑战，如低口服生物利用度、快速蛋白酶降解和高生产成本，这些因素限制了其作为治疗药物的商业可行性。

为了克服这些限制，研究人员采用了一种基于计算方法的理性设计策略，通过将丝虫抗菌肽（cecropins）和组织蛋白酶（cathepsins）的保守序列进行融合，设计出具有多重功能的杂合肽。这一方法旨在结合两种肽类的优势，既保留抗菌活性，又增强结构稳定性。通过构建192种不同的杂合肽序列，研究人员筛选出三个具有最佳理化性质的候选肽，并进一步通过实验验证其在体外的抗菌效果。

实验结果表明，这些杂合肽对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均表现出显著的抑制作用，对真菌也有一定的抗菌活性。特别是在对大肠杆菌（E. coli）的测试中，杂合肽展现出较强的抗菌能力。此外，这些肽在体外测试中对人类细胞的细胞毒性较低，甚至在红细胞和果蝇幼虫模型中均未显示出明显的毒性。这一发现对于其未来的临床应用至关重要，因为低毒性意味着它们可以安全地用于治疗。

在结构预测方面，使用PEP-FOLD3软件预测的三维模型显示，这些杂合肽保留了类似丝虫抗菌肽的α-螺旋构型，这种结构特征有助于它们穿透细菌膜并导致细胞裂解。同时，组织蛋白酶的加入可能提高了这些BAPs的功能多样性，使它们能够在不同环境中保持结构稳定。这表明，通过结合丝虫抗菌肽和组织蛋白酶的特性，可以设计出具有优化特性的肽，以满足特定的生物学功能需求。

在体外实验中，这些杂合肽不仅表现出显著的抗菌活性，还显示出一定的细胞穿透能力，这使其在治疗耐药性感染方面具有优势。与传统的抗菌素相比，这些肽能够更有效地穿透细菌细胞膜，从而减少耐药性的发生。然而，它们对某些细胞类型（如肿瘤细胞）的细胞毒性较高，这可能与其特定的分子特性有关。因此，未来的研究需要进一步优化这些肽的结构，以减少对非目标细胞的毒性，同时保持其抗菌效果。

在体内实验中，使用果蝇幼虫模型（Galleria mellonella）评估了这些杂合肽的治疗潜力。结果表明，这些肽在体内对大肠杆菌感染的治疗效果显著，其中CECB1_CATL1.2肽在治疗后24小时内使感染幼虫的存活率提高了70%。此外，这些肽对幼虫的血液细胞（hemocytes）数量有显著影响，表明它们能够激活免疫反应并帮助控制感染。然而，这些肽在体内测试中未表现出显著的毒性，这进一步支持了其作为治疗药物的安全性。

通过分子对接技术，研究人员分析了这些杂合肽与关键细菌酶（如DNA gyrase和胸苷合成酶）的相互作用。结果表明，这些肽能够与这些酶形成高亲和力的结合，这可能通过干扰酶的构象或ATP结合动态，从而抑制其催化活性。这种机制为开发新型抗菌药物提供了理论依据，特别是针对那些已经发展出耐药性的细菌株。

总的来说，这项研究展示了通过结合丝虫抗菌肽和组织蛋白酶的保守序列，设计出具有多重功能的杂合肽的潜力。这些肽不仅在体外表现出显著的抗菌效果，还在体内显示出良好的治疗潜力和较低的毒性。它们的结构稳定性和抗菌活性使其成为对抗抗菌素耐药性的重要候选药物。未来的研究应进一步优化这些肽的结构，探索其在更广泛的病原体中的应用，并深入研究其作用机制，以推动其在临床治疗中的实际应用。