高稳定性酸敏感穿膜肽的设计与应用

Penetrating peptide is a peptide carrier with a wide range of applications, but its poor selectivity and susceptible to degradation in the body greatly limited its utilization. This project take the advantage of the acidic characteristics around the tumor tissues and design a new class of acid-sensitive amino acids by introducing the electron-donating groups into the histidine imidazole groups, and then building this new amino acids into the acid activation CPPs TH to improve its sensitivity on acid, in hoping of made it widely used in different kind of tumor tissues which have different pH microenvironment. In order to increas the α-helix, so as to increas the transmembrane efficiency and anti-enzymatic ability, the new acid-sensitive penetrating peptides will be cyclizated by ring-closing olefin metathesis (RCM ). Then it will be connected to the traditional anticancer drug Taxol and to study its in vitro and in vivo selectivity, toxicity and antitumor activity, so as to explore the application of the new membrane penetrating peptides in the field of targeted dilivery antitumor drugs.

穿膜肽是一类具有广泛用途的肽类载体，但是选择性差和易被降解限制了其在体内的应用。本项目利用肿瘤环境呈酸性这一特点，以之前合成的酸激活穿膜肽TH为模板，通过将给电子基团引入到组氨酸的咪唑基团上来提高其pKa值，设计一类新型的酸敏感氨基酸，并将其引入到TH以提高这类穿膜肽对酸的敏感性，使其能够广泛应用于具有不同pH微环境的肿瘤组织。同时我们利用烯烃复分解环化反应（ring-closing olefin metathesis, RCM）对筛选的酸敏感穿膜肽进行环化，通过增加α-螺旋以提高穿膜效率，并同时提高穿膜肽的抗酶解能力，提高其体内应用可行性。为了研究这类高稳定性的酸敏感穿膜肽的应用，我们将传统抗肿瘤药物紫杉醇连接到穿膜肽上，并对其体外、体内选择性、毒性和抗肿瘤活性进行研究，从而为穿膜肽在抗肿瘤靶向药物领域的研究和应用进行有益探索。

本研究旨在通过设计合成一系列新型酸敏感透膜肽，以期在抗肿瘤应用及开发基于酸敏感穿膜肽的靶向药物转运载体提供研究基础。.本项目我们利用在TH组氨酸咪唑基团上引入给电子集团的修饰策略，构建具有高酸敏感性且低毒的新型酸敏感穿膜肽。由于给电子基团的引入，经修饰后的TH类似物在弱酸环境下易被质子化带正电荷。因而可以输送更多的抗肿瘤药CPT进入弱酸环境的肿瘤细胞内杀死肿瘤细胞。.为了研究不同修饰基团引入对酸敏感透膜肽TH酸敏感的影响，我们使用具有不同侧链长度、大小及亲疏水特性的烷基基团分别对组氨酸1位、3位进行结构改造，设计、合成一系列TH类似物，从而探讨1位、3位侧链性质对组氨酸N原子质子化的影响，进而筛选高酸敏感性的TH类似物。我们对新设计合成的高酸敏感性的TH类似物的穿膜效率、靶向性、毒性及其抗肿瘤靶向应用进行了相应评价。.研究表明，我们新设计的TH类似物具有比TH更加优越的酸敏感性和更低的毒性，有望发展成为肿瘤靶向输送的新型肽类载体。.我们以肿瘤组织的酸性微环境为靶点，利用组氨酸在pH<6.5时，才能发生质子化带上正电荷这一特点，以KR-1（KRIVKRIKKFLR-NH2）为模板，将序列中的赖氨酸全部替换为组氨酸，得到一条新的细胞穿膜肽HR-1（HRIVHRIHHFLR-NH2）。实验证明HR-1的细胞穿膜活性具有非常明显的pH依赖性，且具有很好的安全性。在此基础上设计的肽载体LTV-HR也具有很好的酸依赖性且毒性较低，并能实现将传统抗肿瘤药物CPT的选择性输送，提高其抗肿瘤活性的靶向性。.本项目研究，不仅完成了项目计划任务，在研究同时还进行了酸敏感透膜肽相关方向的拓展研究，取得较好的研究成果。发表SCI论文7篇，培养毕业硕士、博士研究生共7名。研究成果获教育部科技进步一等奖一项。研究成果分别在2015和2016年度受邀在“中国药物制剂大会”作交流报告。