[发明专利]一种抗菌脂肽LP21的制备及其在治疗细菌感染中的应用

说明书

本发明涉及一种人工合成的抗菌脂肽LP21的制备及其在治疗细菌感染中的应用，属于生物医药领域。所述抗菌脂肽从N端到C端的序列为C₈H₁₅O‑WKKLLKWWLKKFKKLD。所述抗菌脂肽基于抗菌肽的关键生物学特征(正电荷、α‑螺旋结构和两亲性)制备。本发明提供了所述抗菌脂肽的固相合成方法。本发明抗菌脂肽具有优异的抗菌活性(对大肠杆菌ATCC25922和金黄色葡萄球菌ATCC29213的MIC值分别为3μM和0.2μM)，血清稳定性和生物相容性好。体内抗菌实验表明，该抗菌脂肽LP21在小鼠体内细菌感染模型中显示出优异的抗菌功效，是一种具有应用潜力的抗生素替代物，有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物医药领域，具体涉及一种人工合成的具有优异抗菌活性的阳离子两亲性抗菌脂肽LP21的制备及其在治疗细菌感染中的应用。

背景技术

自青霉素被发现以来，抗生素开始在全球广泛应用，在人类疾病的预防与治疗等方面发挥了重要的作用。然而随着抗生素的滥用，许多细菌产生了耐药性，对人类健康造成了极大威胁，耐药问题成为了当前医疗领域的一大难题。因此，寻找新型抗菌药物迫在眉睫。解决细菌耐药的有效方法之一是设计新型抗菌肽。抗菌肽是生物在长期进化过程中为适应环境而最早产生的免疫活性分子，在宿主对抗病原入侵的免疫防御中起着极其重要的作用。天然的抗菌肽几乎可存在于任何生命形式中，其中大部分抗菌肽由亲水和疏水残基在膜环境中折叠成具有两亲性和膜破坏性的α-螺旋结构。传统抗生素通过作用于特定的细菌靶标导致细菌死亡，而大多数抗菌肽通过非受体介导的膜破坏发挥抗菌活性，作用机理独特，不易产生耐药性。抗生素仅适用于细菌感染，而抗菌肽可以用于对抗细菌，病毒和真菌，因此抗菌肽被用作治疗多种疾病的潜在候选药物，具有广阔的应用前景。

天然抗菌肽的几种生物学特征(如正电荷、α-螺旋结构和两亲性)与抗菌活性有关。大量研究表明，抗菌肽的生物学活性与正电荷数密切相关，正电荷数目的适当增加不仅可以提高抗菌肽与细菌细胞膜的结合能力，还能有效降低抗菌肽的杀菌浓度。α-螺旋二级结构对维持抗菌肽生物活性也发挥着重要作用，抗菌肽的螺旋性有利于帮助其穿膜，当螺旋结构遭到破坏时，穿膜效率会明显降低。抗菌肽的两亲性也是影响抗菌活性的重要因素之一。大部分抗菌肽表现出两亲性，即含有亲水和疏水面的两亲性结构，有利于与细菌膜结合。疏水性太低会使抗菌肽与细菌细胞膜的亲和力过低，无法结合；太高的疏水性易使抗菌肽自我聚集，不仅会使抗菌肽分子的溶解性降低，而且会导致其溶血活性增加。因此，设计带有正电荷且具有α-螺旋结构的抗菌肽，同时将疏水性氨基酸残基插入到α-螺旋抗菌肽的亲水侧或者将亲水性残基插入到疏水侧，可以最小程度降低溶血并且发挥最佳的抗菌性能。

脂肽由亲水的肽和疏水的脂肪烃链两部分组成，具有更强的膜亲和力和广谱的抗微生物活性，被认为是后抗生素时代非常有前景的抗菌药物。对抗菌肽进行脂肪链修饰也是解决抗菌肽稳定性差的重要手段。抗菌肽虽有较多优势，但在研发中还存在着诸多限制因素，比如从天然生物资源中提取的抗菌肽含量低，分离和提纯困难，造成其生产成本高而缺乏大规模生产；天然抗菌肽大多肽链较长且具有较高第的溶1血页活性，临床使用价值较低。因此，有必要对抗菌肽进行分子设计、结构改造和修饰，提高其抗菌活性的同时降低溶血性和细胞毒性。对于抗菌肽分子的设计改造，常见的有对天然氨基酸的残基进行替换或删减、对抗菌肽的片段进行组合、环化以及从抗菌肽的几种生物学特征数出发来设计全新的抗菌肽。因此，本发明基于天然抗菌肽的生物学特征(正电荷、α-螺旋结构和两亲性)全新设计和人工合成了具有优异抗菌活性的的新型阳离子两亲性抗菌脂肽LP21。通过碱性氨基酸赖氨酸(Lys)的引入提供正电荷来静电吸引带负电荷的细菌细胞膜，通过疏水性氨基酸亮氨酸(Leu)、色氨酸(Trp)及脂肪酸的脂肪烃链与细菌磷脂发生疏水相互作用，促进细菌膜孔的形成，从而产生抗菌活性，为抗菌肽作用机制的研究及其应用提供支持。发明人将本发明的抗菌脂肽全序列氨基酸结构经NCBI蛋白质数据库进行搜寻比对，未发现有任何相同多肽。本发明抗菌脂肽可为细菌感染的治疗提供思路和理论基础，为代替抗生素的抗菌药物设计提供有效途径。

发明内容