计算进化打造“膜”力武器:P1.6肽精准爆破病毒包膜,广谱抗病毒迈入低毒新时代

《Advanced Science》:Identification and Characterization of an In Silico Designed Membrane-Active Peptide with Antiviral Properties

【字体: 时间:2026年01月11日 来源:Advanced Science 14.1

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  研究团队以进化分子动力学(Evo-MD)为“筛子”,从512条虚拟肽库中淘出24-mer P1.6;该肽在膜表面由“折线α-螺旋”变身为“连续螺旋”,借脂质堆积缺陷(lipid packing defects)稳定纳米孔,0.06–3.5 μm即阻断HIV-1、ZIKV、HSV,且20 μm无细胞毒性与溶血。文章为膜靶向广谱抗病毒提供可直接放大的低毒候选,并揭示“病毒大小-曲率-脂质序”三维决定肽效能的普适规律。

  
研究速览
——把病毒的外衣撕成“碎片”
包膜病毒靠一层从宿主“偷”来的脂质外衣闯荡江湖。P1.6像一条自带GPS的柔性钻头,先以折线α-螺旋(kinked α-helix)在水溶液里游荡,一旦嗅到膜面 curvature 高、胆固醇低、脂质松散的“软肋”,立刻拉直身躯插入,4-5条肽围成瞬态孔环,膜内荧光染料30 min泄光,电镜下HIV-1颗粒90%以上“裸奔”——完整锥形衣壳(capsid)被挤出,包膜碎成补丁。
——“进化-模拟-实验”三位一体的淘金流程
Evo-MD平台把512条初始肽扔进粗粒化(coarse-grained, CG)膜缺陷梯度赛道,每轮只留“最会往薄区钻”的24位选手;50代后9条24-mer进入实验。羧基荧光素(carboxyfluorescein)泄漏筛出P1.6,EC≈0.26 μm,比阳性对照AH(0.82 μm)和C5A(1.09 μm)分别强3倍和4倍。
——结构快照:溶液里“折”,膜上“直”
全原子MD显示,P1.6在水相 helicity 仅69.5%,中央残基7-11呈柔性扭结;一旦贴靠POPC膜, helicity 升至83.5%,扭结消失。ATR-FTIR在1650 cm给出同样信号:无膜时60% α-螺旋,P:L=1:10时达80%,证实“膜诱导折叠”。
——安全底线:20 μm不见细胞毒,100 μm不溶血
TZM-bl、Vero E6、CaCo-2、Huh-7、ELVIS 五系细胞20 μm下存活率均>80%;人红细胞30 min或24 h孵育100 μm无溶血,而C5A 30 min即50%溶血——P1.6治疗指数(TI)窗口极宽。
——抗病毒谱:越小越弯越有效
IC 汇总:ZIKV 0.28 μm、HSV-1 0.18 μm、HSV-2 0.06 μm、HIV-1 2.54 μm;而hCoV-229E、hCoV-OC43、SARS-CoV-2 Delta、IAV均>100 μm。大小与曲率实验给出答案:50 nm小囊泡P1.6 EC≈0.05 μm,巨大单层囊泡(GUV, ~6 μm)仅0.15 μm,但按“每粒子所需肽分子”计,前者比后者低1.4×10倍——曲率越高,脂质缺陷越多,孔越易稳。
——脂质组成决定“打”与“不打”
PC/SM 膜最敏感,EC 0.18 μm;30%胆固醇加入即升至27.6 μm,50%胆固醇几乎“免疫”。负电PS、负曲率PE同样削弱裂解。CG模拟显示30%胆固醇令P1.6无法吸附——“硬”膜把肽挡在门外。
——孔稳机制:肽环“扶”住水孔
CG-MD先以势阱造出1 nm水孔,撤阱后纯膜5 ns自封闭;P1.6或AH存在时,4-5条肽沿孔缘排布,氢键网络钉住脂质头基,孔可稳至500 ns。
——病毒实战:电镜下的“碎壳”现场
纯化HIV-1(2.4×10 particles/mL)与10 μm或100 μm P1.6孵育30 min,负染电镜显示:完整颗粒从mock组94%降至10 μm组9%,100 μm组仅4%;游离衣壳比例由2%升至62%——膜碎而衣壳完好,证实“膜解离”而非蛋白变性。
——为何对冠状病毒与流感“手软”?
① 这些病毒出芽部位富含胆固醇/鞘磷脂“筏区”,膜序高、缺陷少;② 表面糖蛋白密集,形成物理盾牌;③ 粒子直径偏大(80-120 nm),曲率相对温和。三重门槛叠加,P1.6难以接近脂质域,IC冲上百微摩尔。
——未来升级路线
a) 序列工程:引入Trp/Lys“锚”提升胆固醇膜亲和力;b) 靶向模块:偶联抗体或受体结合域,突破糖蛋白盾;c) 制剂优化:D-型或β-肽提升酶稳性;d) 计算迭代:在筏区模型、糖蛋白格栅环境下再跑Evo-MD,筛选“硬膜克星”。
结语
P1.6用一条24个氨基酸的“螺旋绳”,示范了“靠膜吃膜”的广谱抗病毒新范式:病毒越小、越弯、脂质越松散,越会被精准爆破;宿主因膜序高、胆固醇多而安然无恙。把这条肽继续“进化”下去,人类或许就拥有了应对下一次X病毒暴发的“膜”法盾牌。
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