[发明专利]一种环肽纳米管药物组合物及其应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种药物组合物，具体地说，是关于一种环肽纳米管药物组合物及其应用。

【背景技术】

偶数个D，L-氨基酸交替连接可形成闭合环肽。为了使分子内氨基酸侧链与侧链及侧与主链间的相互作用最小，环肽采取平面构型。α-碳上的取代基平行于环面并沿着环的半径指向环外，主链骨架上的羰基与氨基均垂直与环面。中空的环肽分子通过主链骨架酰氨基中的C＝O和N-H以β-片层的方式形成分子间的氢键网络而堆积成性质稳定、末端开放、尺寸在分子范围的管状结构-自组装环肽纳米管(J Am Chem Soc，1998，120(35)：8949.)。这种β-片层即可以是顺势平行也可以是反势平行，但是计算机分析和实验均表明，基于此原理设计的环肽纳米管的β-片层氢键在热力学上优先选择反势平行结构(MatSci Eng C，1997，4(4)：207.)。以这种方式形成纳米管具有2个尤为突出的优点：①可以通过控制环肽氨基酸的个数来调节纳米管的孔径；②可以通过控制环肽的氨基酸种类来改变纳米管的外壁性质。

通过改变环肽的氨基酸数目可调节环肽纳米管的孔径，但是环肽的尺寸太小时，环内产生巨大张力不利于亚单元间形成氢键网络；太大时，由于环骨架的松散性也无法自组装成稳定的管状结构(J Am Chem Soc，1996，118(1)：43.)。6、8、10、12个氨基酸环肽均可以自组装成孔径依次增大的环肽纳米管，其中8、10、12氨基酸组成的环肽纳米管的孔径约在0.75、1.0、1.3nm(J PeptRes，2001，57(4)：301；Curr Opin Biotech，1999，10(1)：94；Angew Chem IntEd，2001，40(6)：988.)。

与天然蛋白质、多肽一样，D，L-环肽的氨基酸残基顺序应该利于它处于稳定的空间结构，并且环肽中氨基酸的性质对不同条件下的各种自组装均产生重要的影响。环肽纳米管的优越性在于可以通过选择合适的氨基酸来调节纳米管的表面性质，这使得我们可以根据不同的用途来设计不同氨基酸组成的环肽，它可以在不同的化学环境中自组装成性质各异的纳米管。

蛋白质或多肽构成的天然离子通道控制着离子的转运、细胞内外物质的交换及信号转导，因此发挥着极其重要的生物学功能。尽管我们对离子通道的结构与功能有了深入的理解，但人工离子通道仍然是当前重要的研究对象之一。理论而言，低电导常数的脂质双分子膜利于环肽在其中的自组装。1994年Ghadirl第1次通过脂质体模型及一系列光谱学手段验证了这种可能性。将足够浓度cyclo[-(Trp-D-Leu)₃-Gln-D-Leu-]加到脂质体的混悬液中，环肽的疏水性侧链使它们迅速插入脂质双分子层中，并依靠分子间的氢键在脂膜中堆积成内径约为0.75nm的纳米管。通过用微膜片钳记录离子单通道电流，证明环肽纳米管对K⁺、Na⁺转运的活性分别为2.2×10⁷、1.8×10⁷ions·s^-1，是相同实验条件下自然界的类似物短杆菌肽A的3倍。而cyclo[-(Gln-D-Leu)₄-]和cyclo[-(^MeN-D-Ala-Phe)₄-]在相同的实验条件下却无法形成纳米管(J PeptRes，2001，57(4)：301.)。这说明环肽分子要在脂质双分子膜中自组装成纳米管，环肽侧链必须具备恰当的疏水性，以使环肽可以进入质膜，并且氨基酸侧链的空间位阻要小，使得环肽分子间能够形成广泛且稳定的氢键。

人工合成的D，L-α-环肽可以嵌入细菌细胞膜，并在脂膜中堆积形成中空的管状通道。体内外试验均表明这些环肽纳米管可以有效杀死耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌、耐万古霉素的屎肠球菌及其他致病菌(Nature，2001，412(26)：452.)。自组装环肽纳米管作为新型抗生素的优势在于环肽设计灵活、易于合成及对蛋白酶稳定。通过选择不同的氨基酸组成可以提高它们对细菌细胞膜的选择性和渗透性，降低对人工红细胞的溶血作用。与其他抗生素的作用机制不同，环肽纳米管并没有产生化学作用，而仅仅利用在细菌细胞膜上形成纳米尺寸的孔道而发挥抗菌活性，这种独特的作用机制缩短了杀菌时间，并可以降低耐药性的产生。