螳螂源抗菌肽Mastoparan-S通过膜破坏机制展现广谱抗菌活性及抗生物膜潜力

本研究针对日益严峻的抗菌素耐药性(AMR)问题，聚焦于从螳螂Sphodromantis viridis中分离的抗菌肽Mastoparan-S。研究人员通过化学合成与多维度实验验证，发现该14氨基酸肽能有效抑制金黄色葡萄球菌(S. aureus)和铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)的生长，破坏细菌膜结构(形成约2.8 nm孔隙)，且对哺乳动物细胞无显著毒性。其独特机制在于与脂多糖(LPS)/脂磷壁酸(LTA)结合后形成α-螺旋构象，为开发新型抗ESKAPE病原体药物提供了候选分子。

　　

抗生素耐药性已成为21世纪全球健康的主要威胁，世界卫生组织预测到2050年耐药菌感染可能导致每年1000万人死亡。尤其令人担忧的是ESKAPE病原体（包括金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌）的多重耐药性，它们常引发肺炎、败血症等致命感染，且易在囊性纤维化患者中形成顽固性生物膜。传统抗生素研发停滞不前，使得从天然免疫系统中寻找抗菌肽(AMP)成为突破口。

韩国国立公州大学与朝鲜大学的研究团队将目光投向螳螂Sphodromantis viridis分泌的Mastoparan-S。这种仅含14个氨基酸(LRLSIVSYAKKVL-NH₂)的小肽，凭借+5净电荷和两亲性α-螺旋结构，在前期研究中已显示出广谱抗菌潜力。本研究通过固相Fmoc合成法制备高纯度(>95%)肽段，结合圆二色谱(CD)、流式细胞术等多项技术，系统评估了其抗菌机制与安全性。

关键技术包括：1）采用NPN荧光探针和DiSC₃(5)染料检测细菌外膜通透性与膜电位去极化；2）通过SYTO9/PI双染色结合共聚焦显微镜观察生物膜抑制；3）使用4-20 kDa荧光葡聚糖(FITC-dextran)测定膜孔尺寸；4）对临床分离的10株耐药铜绿假单胞菌进行药敏测试。

抗菌活性验证
Mastoparan-S对革兰阳性菌（如S. aureus ATCC 25923）和革兰阴性菌（包括耐药P. aeruginosa临床株）的MIC值低至2-4 μM，4倍MIC浓度可在60分钟内完全杀灭细菌。相比对照肽magainin-2，其抗生物膜效果更显著，对S. aureus生物膜的半数抑制浓度(MBIC₅₀)仅2 μM。

作用机制解析
CD光谱显示该肽在膜模拟环境（30 mM SDS）中形成典型α-螺旋。与LTA/LPS结合实验证实其通过静电作用靶向细菌膜成分。NPN实验表明其能快速破坏铜绿假单胞菌外膜，DiSC₃(5)检测到显著的膜电位崩溃。流式细胞术显示4×MIC处理使82.8%的细菌摄入PI染料，荧光显微镜可见明显膜损伤。

安全性评估
200 μM浓度下对HaCaT细胞仅造成26%毒性，且无溶血活性，显著优于蜂毒肽melittin。扫描电镜直观呈现了肽处理后的细菌膜塌陷与内容物泄漏。

该研究首次阐明Mastoparan-S通过形成纳米级膜孔（约2.8 nm）发挥杀菌作用，其双重抗生物膜与抗菌特性为开发抗慢性感染药物提供了新思路。特别值得注意的是，该肽对临床耐药株保持高效力（MIC 2-8 μM），且与宿主细胞膜相容性良好，克服了多数AMP的溶血毒性瓶颈。未来研究可进一步优化其结构以提高选择性，并探索与现有抗生素的协同效应。论文发表于《AMB Express》2025年7月刊，为昆虫源AMP的转化医学研究树立了新范式。