RV-23与细胞膜相互作用机理及其在抗菌和基因转染中的应用研究

Decreasing the cytotoxicity of antibacterial peptide is very important for new antibacterial drug development. In the previous study, we found that an antibacterial peptide, RV-23, from R.draytonii has high antibacterial activity while maintaining low level of toxicity. The unique property of RV-23 is that it can interact with membrane of mammalian cells and enters the cells without causing cytolysis， which suggests that RV-23 penetrate cell membrane in a different way from pore formation. This characteristic can be used in improving gene delivery. The aim of this project is to study the unique interaction between RV-23 and membrane of mammalian cells, especially the effect of Leucine (or Isoleucine) distribution in 1st -20th amino acid residues and positively charged residues （arginine or lysine） on the antibacterial activity and cytotoxicity of RV-23. The detail mechanism of the interaction between RV-23 and the membrane of mammalian cells as well as mechanism of RV-23 improving cationic polymer mediated gene transfection( for example, pore formation, endocytosis and micropinocytosis) will be further investigated. Finally, the effectiveness and biocompatibilty of RV-23 or its synthesized analogs will be comprehensive evaluated by both in vitro and in vivo imaging system based infected mouse model.The results will give clues for designing new antibacterial peptides with high efficacy and low toxicity, and providing material basis for their clinical study. The results may also promote the application of antibacterial peptides in anti-virus, anticancer and gene delivery.

降低毒副作用是新型抗菌肽研发的关键。蛙类抗菌肽RV-23对多种细菌有很强的杀伤作用而对哺乳动物细胞毒性很低。我们首次发现RV-23的作用机理与其它抗菌肽在细胞膜上打孔方式明显不同，它可结合并进入哺乳动物细胞而不会溶破细胞。这一特性也可用于提高基因递送效率。本课题的目的是研究RV-23与哺乳动物细胞相互作用的独特机制，包括氨基酸序列（如Leu、Ile分布及Arg，Lys数目）对其空间结构及与细胞膜结合能力的影响，分析其与哺乳动物细胞膜结合并进入细胞的方式，阐明选择性细胞毒性形成机制及促进基因转染的机制（如穿孔，吞噬,巨胞饮），最后通过系统的体外实验及基于活体成像技术的小鼠感染模型研究RV-23的生物相容性及有效性。研究结果将为设计高效低毒的新型抗菌肽提供科学依据，并为临床应用提供良好的基础。研究结果还可能促进抗菌肽在抗病毒、抗肿瘤和基因递送等方面的应用，具有重要的理论意义和潜在的应用前景。

降低毒副作用是新型抗菌肽研发的关键。蛙类抗菌肽RV-23对多种细菌有很强的杀伤作用而对哺乳动物细胞毒性很低，而我们以前发现RV-23可结合并进入哺乳动物细胞而细胞毒性很低，这一特性也可用于提高基因递送效率。本课题的目的是研究RV-23与哺乳动物细胞相互作用的独特机制，包括氨基酸序列（如带负电荷的Leu、Ile分布及带正电荷的Arg，Lys数目）对其空间结构及与细胞膜结合能力的影响，分析其与哺乳动物细胞膜结合并进入细胞的方式，阐明选择性细胞毒性形成机制及促进基因转染的机制（如穿孔，吞噬,巨胞饮），最后通过系统的体外实验及小鼠感染模型研究RV-23的生物相容性及有效性。.通过上述研究，我们首次发现RV-23的Leu,Ile分布对多肽与哺乳动物细胞的亲和性影响不大，而在的1、8、17位的正电荷Arg（或Lys）决定其与哺乳动物细胞膜的亲和性。而没有这些正电荷氨基酸的AR-23的对哺乳动物细胞膜的亲和性和穿透性更强，细胞毒性更大。反之，在AR-23的1、8、17位引入正电荷Arg（或Lys），其与细菌细胞膜的亲和性及杀菌能力基本不变而细胞毒性降低将100倍。其中第8，17位的氨基酸的作用更大；带负电荷氨基酸可以影响多肽在酸性环境的穿透细胞膜活性，使用Glu替换正电荷的Lys或Arg改变melittin及其相关肽的物理性质和生物学性能，增强在酸性环境的穿膜能力，大大提高阳离子聚合物介导的基因转染效率，而不会明显改变细胞毒性。研究还发现，melittin，AR-23和RV-23等均有良好的生物相容性。.以上研究结果将为设计高效低毒的新型抗菌肽提供科学依据，并为临床应用提供良好的基础。研究结果还可能促进抗菌肽在抗病毒、抗肿瘤和基因递送等方面的应用，具有重要的理论意义和潜在的应用前景。