《Biochimie》：Functional Characterization of Cr-CATHs: Novel Antimicrobial Peptides from the Coastal Bird
Chroicocephalus ridibundus
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抗感染多肽的研究与应用进展，发现斑头鸺鹠来源的Cr1-Cr3新型抗菌肽，Cr1对革兰氏阴性菌和水生病原体活性最强，抑制生物膜形成和持久菌，低细胞毒性和溶血性，体内实验证实其腹膜炎治疗潜力。
窦浩然|李双宇|张平川|叶子帆|李莉莉|王一鹏|焦旭东
山东中医药大学海洋传统中药研究所，中国青岛266112
摘要
抗菌素耐药性（AMR）和慢性生物膜相关感染的全球威胁日益加剧，这凸显了开发新型治疗药物的迫切需求。抗菌肽（AMPs）因其强大的活性、广谱抗菌效果和低耐药性诱导潜力而成为有前景的替代品。在本研究中，我们从Chroicocephalus ridibundus中鉴定出三种新型 cathelicidin 类肽——Cr-CATH-1（Cr1）、Cr-CATH-2（Cr2）和 Cr-CATH-3（Cr3）。我们系统评估了这些肽的理化性质、抗菌活性、杀菌动力学以及对生物膜形成和持久菌的影响。Cr1表现出最强的广谱抗菌活性，尤其是对革兰氏阴性和水生病原体。尽管 Cr2 和 Cr3 的抗菌效果相对较弱，但两者在清除生物膜和杀死持久菌方面均有效。Cr1 还显示出强烈的杀菌活性、低细胞毒性和最小的溶血作用，表明其具有良好的安全性。它在生理盐条件下的稳定性，以及破坏细菌膜、结合 DNA 和诱导活性氧（ROS）产生的能力，进一步突显了其治疗潜力。在体内实验中，Cr1 显著降低了细菌负荷并提高了小鼠腹膜炎模型的生存率，进一步支持了其在临床和水产养殖应用中的潜力。我们的研究结果表明，Cr1 是进一步开发的理想候选物，而 Cr2 和 Cr3 可能为针对性治疗策略提供有价值的见解，值得进一步研究。
引言
抗菌素耐药性（AMR）的加速威胁已成为21世纪最紧迫的全球健康挑战之一[1]、[2]。自青霉素问世以来，抗生素在治疗传染病方面发挥了重要作用，显著降低了发病率和死亡率。然而，数十年来抗生素的过度使用和滥用——尤其是在临床和农业环境中——导致了多重耐药菌（MDROs）的进化，使得传统疗法的效果降低，治疗失败率增加[3]。随着耐药机制的多样化和传播，迫切需要能够绕过传统靶点的新抗菌策略[4]。
抗菌肽（AMPs）由于其广谱活性、快速杀菌动力学和低耐药性诱导倾向而受到越来越多的关注[5]、[6]。这些短链、阳离子、两亲性分子由多种生物体产生，作为其先天免疫防御的一部分，包括动物、植物和微生物[7]。AMPs 通常通过破坏细菌膜起作用，但许多 AMPs 也能穿透细胞并干扰细胞内靶点，如 DNA、RNA 或蛋白质。除了直接的抗菌效果外，一些 AMPs 还具有免疫调节特性，可增强宿主防御并促进组织修复[8]、[9]、[11]。
Cathelicidins 是一类主要的脊椎动物 AMPs，其特征是 N 端具有保守的 cathelin 结构域，C 端具有结构多样的抗菌结构域[12]。大多数 cathelicidins 采用两亲性 α-螺旋构象，有助于与微生物膜相互作用[13]、[14]。虽然哺乳动物的 cathelicidins（如 LL-37）已被广泛研究，但对于鸟类，尤其是沿海鸟类中的 cathelicidins 研究相对较少。C. ridibundus是一种广泛分布的沿海鸟类，经常栖息在微生物丰富的海洋和淡水环境中，因此是识别适应多种病原体威胁的新 AMPs 的理想来源。
在本研究中，我们从C. ridibundus中鉴定并表征了三种 cathelicidin 家族 AMPs——Cr1、Cr2 和 Cr3。我们系统评估了它们的理化性质、抗菌谱、杀菌动力学以及对生物膜形成和持久菌的影响。在这三种肽中，Cr1 表现出最强的广谱抗菌活性，尤其是对革兰氏阴性菌和水生病原体。它还显示出显著的抑制生物膜形成和杀死持久菌的效果。此外，Cr1 的细胞毒性和溶血活性最低，证实了其良好的安全性。它在生理盐条件下的稳定性，以及破坏细菌膜、结合 DNA 和诱导活性氧（ROS）产生的能力，进一步凸显了其在海洋和宿主相关环境中的应用潜力。机制研究表明，Cr1 主要针对细菌膜，同时还能诱导大量 ROS 产生并结合细菌 DNA。在腹膜炎的小鼠模型中，Cr1 显著降低了细菌负荷并显著提高了生存率。我们的发现表明，Cr1 是进一步开发的理想候选物，在临床和水产养殖领域具有潜在应用。
章节片段
Cr-CATH 序列的鉴定与表征
使用来自Columba livia（GenBank: PKK18081.1）的 cathelicidin 前体作为模板，通过 NCBI BLAST 工具在其他物种中寻找相似序列，方法如前所述[15]、[16]、[17]、[18]。搜索目标包括Chroicocephalus ridibundus（NCBI 分类 ID: 1192867）等物种。基于疏水性、疏水矩和净电荷（α-螺旋 AMPs 的关键特征），选择了 XP_063180283.1、XP_063180282.1 和 XP_063180281.1 这三个序列。
Cr-CATHs 的鉴定、结构预测和系统发育分析
C. ridibundus是一种广泛分布的鸟类，栖息在多种生态系统中，因此会接触到来自海洋和陆地环境的多种病原微生物。尽管其生态意义重大，但关于C. ridibundus的免疫系统和感染相关免疫的研究尚未开展，且该物种尚未报道任何 AMPs。通过对C. ridibundus NCBI 蛋白质数据库的筛选和 BLAST 分析，我们鉴定出了三种新型 cathelicidin 家族肽
讨论
抗菌素耐药性（AMR）的全球威胁日益加剧，这凸显了开发能够克服传统抗生素局限性的新型治疗药物的迫切需求[49]。抗菌肽（AMPs），特别是 cathelicidin 家族的成员，因其广谱活性、快速杀菌效果和多样的作用机制而受到广泛关注[50]。本研究从C. ridibundus中鉴定并表征了三种新型 cathelicidin 类肽——Cr1、Cr2 和 Cr3。
CRediT 作者贡献声明
李莉莉： 数据整理。叶子帆： 数据整理。焦旭东： 资金获取、正式分析。王一鹏： 文章撰写——审阅与编辑、资金获取、正式分析。李双宇： 数据整理。窦浩然： 文章撰写——初稿撰写、正式分析、数据整理。张平川： 数据整理
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。他们没有从与本手稿主题直接或间接相关的任何商业方获得任何形式的利益。
数据可用性
支持本研究结果的数据可向通讯作者索取。本研究中使用的 AMPs 的序列数据来自 NCBI 数据库，访问编号分别为：XP_063180283.1、XP_063180282.1 和 XP_063180281.1。这些访问编号是 NCBI 存储库中相应序列的唯一标识符。需要注意的是，原始数据并非由作者本人提交利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（U24A20812, 32070439）、江苏省社会发展关键研究与发展计划（BE2022723）、山东省科技型中小企业创新能力提升项目（2024TSGC0396, 2025TSGCCZZB0458）、烟台市学者计划专项基金以及贵州省科技项目（合同编号：Qiankehe Support [2021] General 433）的支持。
