基于非蛋白氨基酸的小分子抗菌肽设计合成及生物效应研究

抗菌肽分子具有抗菌谱广、无耐药性等特点，可解决当前抗菌药物的耐药性、毒副作用等系列难题，有望成为未来新的抗菌药物。但由于天然抗菌肽在体内易酶降解、半衰期短，使天然抗菌肽在体内抗菌效果不佳。因此，对天然抗菌肽进行设计与改造成为多肽药物学发展的迫切要求。本项目拟以天然抗菌肽LfcinB6(RRWQWR)为模式肽，基于抗菌的模式序列与理化性质要求，以非蛋白氨基酸为改造基团，借助本实验室的并行计算系统，运用分子模拟、定量构效关系与实验相结合，开展小分子抗菌肽的虚拟组合设计、通过配受体相互作用的分子模拟实现其高通量筛选，并评价非蛋白氨基酸抗菌肽的生物活性，有望克服现有抗菌肽的不足，找到结构特异性强、作用明确、毒副作用小、化学合成容易、具有成药潜力的小分子抗菌肽，为进一步研究抗菌药物奠定基础。

抗菌肽分子具有抗菌谱广、无耐药性等特点，可解决当前抗菌药物的耐药性、毒副作用等系列难题，有望成为未来新的抗菌药物。但由于天然抗菌肽在体内易酶降解、半衰期短，体内抗菌效果不佳。因此，对天然抗菌肽进行设计与改造成为多肽药物学发展的迫切要求。.项目基于非天然氨基酸对抗菌肽优化设计进行了深入研究。通过对抗菌多肽进行结构信息分析、结构表征、定量构效关系及蛋白质-配体相互作用分析，以LfcinB6(RRWQWR)为模板构建抗菌肽虚拟库筛选目标肽。采用固相多肽合成方法合成目标分子，进行生物活性实验，获得了高效低毒小分子抗菌肽。.实验结果表明：抗菌肽定量构效关模型具有较好的稳定性和预测能力，不仅能够分析抗菌肽的优势位点，而且能够确定优势位点的优势氨基酸，发现多肽氨基酸残基的电性、立体性等性质影响抗菌效果；蛋白质-配体相互作用分子动力学确定了疏水、电性、立体及氢键等性质对蛋白质及肽生物功能影响；根据保守残基分析、优势位点及优势氨基酸分析，筛选出RWRW-NH2等多肽衍生物；以序列 LfcinB6为模板，采用固相多肽合成方法，在优势位置加入D 型、β、γ 等非蛋白氨基酸或还原肽键等来合成多条多肽及衍生物；抗菌活性中，新肽R-BTFR-BTF-EtBn抗菌效果较庆大霉素及模板肽好，新拟肽对革兰氏阳性菌(G+) 和革兰氏阴性菌(G-)都具有良好的抑菌和杀菌作用，尤其是针对MRSA的抑制能力高于阳性对照庆大霉素；抗肿瘤活性中，拟肽RWRW-EtBn等对肿瘤细胞K562、Jurkat增殖抑制效果明显，具有显著的抑制肿瘤细胞增殖、诱导其凋亡，且不影响正常细胞生长。.本项目成果初步揭示了基于抗菌的模式序列与理化性质、定量构效关系及蛋白质-配体相互作用，以非蛋白氨基酸为改造基团设计与改造后非天然小分子抗菌肽具有结构特异性强、作用明确、毒副作用小、化学合成容易、具有成药潜力，为进一步研究抗菌药物奠定基础。此外，小分子抗菌肽的抗肿瘤活性为筛选高活性抗肿瘤先导化合物提供理论指导