套索肽是一類(lèi)由核糖體合成和翻譯后修飾的活性肽（RiPPs），因具有互鎖套索拓撲結構特征而得名。其帶有螺旋結構的C端穿過(guò)N端的內酰胺環(huán)而形成互鎖套索樣的結構，其中N端的肽環(huán)通常由7 ~ 9個(gè)氨基酸組成。大多數套索肽N末端的氨基酸殘基通常為甘氨酸（Gly）、絲氨酸（Ser）、半胱氨酸（Cys）或丙氨酸（Ala），但近期也發(fā)現了N末端氨基酸為亮氨酸（Leu）的新型套索肽。套索肽大的肽環(huán)在 N-末端的氨基酸的α-氨基與天冬氨酸（Asp）或谷氨酸（Glu）的羧酸側鏈之間形成。這種結構賦予了套索肽對化學(xué)、熱和蛋白酶降解高度的穩定性。
套索肽的結構及分類(lèi)
根據套索肽所含二硫鍵的數量和形成的位置不同可將其分為4類(lèi)，如下圖所示。C 端肽鏈與大肽環(huán)通過(guò)2個(gè)二硫鍵連接的套索肽被定義為Ⅰ類(lèi)套索多肽（Class I）；若肽鏈尾在穿出肽環(huán)之后，C 端肽鏈與大肽環(huán)間無(wú)二硫鍵連接，而是通過(guò)空間相互作用穩定套索拓撲結構，則被稱(chēng)為Ⅱ類(lèi)套索多肽（Class II）；若肽鏈尾C端方向序列與肽環(huán)之間只形成一個(gè)二硫鍵的套索多肽，根據其二硫鍵形成位置不同，分為Ⅲ類(lèi)或Ⅳ類(lèi)套索肽（Class III，Class IV），具體而言，Ⅲ類(lèi)套索肽的二硫鍵將肽環(huán)與肽鏈尾相連接，而Ⅳ類(lèi)的二硫鍵僅存在于肽鏈尾。其中，II 類(lèi)套索肽是目前已知的套索肽中最常見(jiàn)且最 具有特征性的套索肽，通常來(lái)源于變形菌，Ⅰ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)套索肽則通常來(lái)源于放線(xiàn)菌。來(lái)源變形菌的Ⅱ類(lèi)套索肽通常具有極性親水性，從鏈霉菌中分離出來(lái)的Ⅰ類(lèi)套索肽和Ⅱ類(lèi)套索肽（如 MccJ25、propeptin 和anantin）則為疏水性，正是這些結構特征決定了套索肽所具有的多種生物活性。
（黃色區域代表二硫健，來(lái)源參考資料[1]）
套索肽的功能應用
至今為止，已有報道稱(chēng)某些套索肽如鏈霉菌來(lái)源的套索肽 Siamycin 等可在糖尿病的治療、靶向與癌癥有關(guān)的受體如內皮素 β 受體等中發(fā)揮作用，同時(shí) Microcin J25 也被報道具有抗菌及受體拮抗劑等生物活性。
1、抑菌活性
目前已發(fā)現的大部分套索肽是在變形桿菌和放線(xiàn)菌中合成的，如羊毛硫細菌素、小菌素、微環(huán)素、藍內酯和硫肽等。大多數套索肽都具有抗細菌的作用。許多羊毛硫抗生素對多種革蘭陽(yáng)性菌具有殺菌作用，有些對耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌（MRSA）、耐萬(wàn)古霉素腸球菌和耐奧沙西林的革蘭陽(yáng)性菌等具有較好的活性。套索肽 MccJ25 對于革蘭陰性菌（如大腸埃希菌和沙門(mén)菌等）有殺傷作用，同時(shí)能夠中和內毒素，并通過(guò)其免疫調節作用抑制炎癥細胞因子的產(chǎn)生；活性肽MccJ25 還可以防止由腸毒素ETEC K88 引起的腸道損傷和炎癥反應，可作為一種新的預防性藥物來(lái)減少動(dòng)物、食品或人類(lèi)的病原體感染。來(lái)源于鏈霉菌屬 Streptomyces sannurensis的套索肽 marinopyrroles A-F 對 MRSA 也具有極強的抗菌活性。目前認為套索肽的抗菌作用主要是通過(guò)2 種機制：其一是作用于細菌的細胞膜，在膜上形成離子通道，引起胞內物質(zhì)的外漏而殺死細菌；其二是套索肽不破壞細胞膜而進(jìn)入胞內，與胞內靶標結合后抑制其謝，從而殺死細菌。例如，MccJ25 與細菌外膜受體蛋白 FhuA 結合，進(jìn)入細菌后抑制 RNA 聚合酶的作用，起到殺菌的作用。
2、受體拮抗劑
來(lái)源于Streptomyces sp 的套索肽RES-701-1 是內皮素受體ETB 的選擇性拮抗劑。目前某些內皮素的肽類(lèi)拮抗劑由于胃腸道的降解作用而限制了其治療作用，而通過(guò)將套索肽 RES-701-1 序列來(lái)改造設計對蛋白水解具有更高穩定的肽類(lèi)拮抗劑成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。由Streptomyces coulescens 產(chǎn)生的套索肽Anantin 是第一個(gè)由微生物產(chǎn)生的心房利鈉因子拮抗劑( Atrial natriuretic factor antagonist ANP)。利鈉肽( NPs) 是一種參與維持滲透壓與血管穩態(tài)的激素，能引起利鈉、利尿和血管舒張作用，它還顯示出抗纖維化、抗增殖和抗增生作用，并參與心臟和血管系統的重塑。Burkholderia thailandensis 來(lái)源的套索肽 BI-32169 是胰高血糖素受體的強拮抗劑，同時(shí)也是第一個(gè)序列與胰高血糖素非同源的天然肽類(lèi)拮抗劑，其一級結構與胰高血糖素有很大不同，因此涉及到 BI-32169 的拮抗作用機制目前還不清楚。由于胰高血糖素受體的肽類(lèi)拮抗劑普遍的低穩定性，其在治療方面上的應用也遠遠少于小分子有機物，而套索肽中套索結構及其特殊的結構特性使得其可為開(kāi)發(fā)新的肽類(lèi)拮抗劑提高穩定性。
3、酶抑制劑
Streptomyces griseoflavus 來(lái)源的套索肽 MS-271 是平滑肌肌球蛋白輕鏈激酶(Myosin light chain kinase，MLCK) 的抑制劑，通常肽類(lèi)抑制劑具有更好的特異性，但由于肽在體內的低穩定性限制了其應用，而套索肽類(lèi)抑制劑由于其結構特性所具有的穩定性也為 MLCK 抑制劑藥物的研發(fā)提供了新思路。由 Microbispora sp. SNA-115 產(chǎn)生的套索肽propeptin 是一種絲氨酸蛋白酶抑制劑。研究表明，Propeptin 作為絲氨酸蛋白酶抑制劑類(lèi)已在動(dòng)物模型中顯示具有保護神經(jīng)、抗遺忘以及認知增強的作用。MccJ25和Capistruin 是由 Proteobacteris 產(chǎn)生的通過(guò)抑制RNA 聚合酶(RNAP) 活性從而抑制細菌的套索肽。細菌RNAP(RNA 聚合酶，RNA polymerase) 是抗生素作用的重要靶點(diǎn)，它對細菌的生長(cháng)和生存至關(guān)重要，同時(shí)在細菌中較為保守，使得其可以在不影響真核生物RNAP 的情況下被選擇性靶向。Mukhopadhyay等的研究表明，Mccj25 通過(guò)于RNAP 二級通道菌的結合來(lái)阻斷底物與活性中心的作用來(lái)抑制轉錄。
4、分子支架
目前，肽類(lèi)藥物被廣泛應用于臨床治療，與小分子藥物相比，它們具有更高的靶向性，并且與以往的基于蛋白質(zhì)的治療相比，它們表現出較低的免疫原性。然而，傳統的多肽藥物由于其溶解度低、生物利用度低、穩定性差等特點(diǎn)，其應用往往受到限制。為了解決這一問(wèn)題，通過(guò)將天然產(chǎn)生的具有穩定結構的套索肽作為一種分子支架用于表位移植開(kāi)發(fā)肽類(lèi)藥物成為了其中一個(gè)解決方案。在很多腫瘤細胞中，整合素表面αvβ3亞基中的Arginine， Glycine 和 Aspartic(RGD) 是過(guò)表達的，用RGD 替換 MccJ25 中的 G12、I13 和G14 形成的雜交肽可用于癌癥識別和治療。RES-701-1具有內皮素 B 受體拮抗功能，由內皮素和RES-701-1 組成的雜交肽對ETB 的親和力和拮抗作用得到明顯提高。此外，將RGD 序列整合到RES-701-1中可以提高其生物活性和結構穩定性。通過(guò)對套索肽環(huán)和尾部區域進(jìn)行修飾，可使其獲得新的生物活性。遺憾的是，截至目前，套索支架仍不能通過(guò)化學(xué)合成方法獲得，只能依賴(lài)于套索肽生物合成修飾酶的作用，而套索肽生物合成修飾酶的難于異源表達純化也為這一應用帶來(lái)了挑戰。
套索肽是一類(lèi)由核糖體合成并經(jīng)翻譯后修飾、具有套索結構的天然肽。特殊的拓撲結構賦予該類(lèi)肽超強的耐理化及蛋白酶水解的穩定性。近年來(lái)，隨著(zhù)質(zhì)譜分析等技術(shù)的改進(jìn)及基因組測序的發(fā)展，對套索肽的序列和結構多樣性得到了充分認識，對于套索肽生物合成機制也有了更深入的了解，但套索肽的生物合成及其合成相關(guān)修飾酶的異源表達純化依然面臨巨大挑戰。若能夠通過(guò)化學(xué)合成和基因重組對套索肽進(jìn)行定向修飾改造將進(jìn)一步拓展套索肽在醫療領(lǐng)域的應用。
參考資料
[1]成騁,華子春.套索肽——一種可供多肽類(lèi)藥物設計和改造的多功能載體[J].藥學(xué)進(jìn)展,2019,43(10):777-785.
[2]李欣芮,陸美玲.套索肽研究進(jìn)展[J].藥物生物技術(shù),2020,27(06):587-593.
作者簡(jiǎn)介：小泥沙，食品科技工作者，食品科學(xué)碩士，現就職于國內某大型藥物研發(fā)公司，從事?tīng)I養食品的開(kāi)發(fā)與研究。
合作咨詢(xún)
肖女士
021-33392297
Kelly.Xiao@imsinoexpo.com
2006-2025 上海博華國際展覽有限公司版權所有（保留一切權利）
滬ICP備05034851號-57
