套索肽的结构分类及其功用使用研讨发展

  套索肽是一类由核糖体组成和翻译后润饰的活性肽（RiPPs），因具有互锁套索拓扑结构特征而得名。其带有螺旋结构的C端穿过N端的内酰胺环而构成互锁套索样的结构，其间N端的肽环一般由7 ~ 9个氨基酸组成。大多数套索肽N结尾的氨基酸残基一般为甘氨酸（Gly）、丝氨酸（Ser）、半胱氨酸（Cys）或丙氨酸（Ala），但近期也发现了N结尾氨基酸为亮氨酸（Leu）的新式套索肽。套索肽大的肽环在 N-结尾的氨基酸的α-氨基与天冬氨酸（Asp）或谷氨酸（Glu）的羧酸侧链之间构成。这种结构赋予了套索肽对化学、热和蛋白酶降解高度的安稳性。

  依据套索肽所含二硫键的数量和构成的方位不同可将其分为4类，如下图所示。C 端肽链与大肽环经过2个二硫键衔接的套索肽被界说为Ⅰ类套索多肽（Class I）；若肽链尾在穿出肽环之后，C 端肽链与大肽环间无二硫键衔接，而是经过空间相互效果安稳套索拓扑结构，则被称为Ⅱ类套索多肽（Class II）；若肽链尾C端方向序列与肽环之间只构成一个二硫键的套索多肽，依据其二硫键构成方位不同，分为Ⅲ类或Ⅳ类套索肽（Class III，Class IV），详细而言，Ⅲ类套索肽的二硫键将肽环与肽链尾相衔接，而Ⅳ类的二硫键仅存在于肽链尾。其间，II 类套索肽是现在已知的套索肽中最常见且最 具有特征性的套索肽，一般来历于变形菌，Ⅰ类、Ⅲ类和Ⅳ类套索肽则一般来历于放线菌。来历变形菌的Ⅱ类套索肽一般具有极性亲水性，从链霉菌中分离出来的Ⅰ类套索肽和Ⅱ类套索肽（如 MccJ25、propeptin 和anantin）则为疏水性，正是这些结构特征决议了套索肽所具有的多种生物活性。

  至今停止，已有报导称某些套索肽如链霉菌来历的套索肽 Siamycin 等可在糖尿病的医治、靶向与癌症有关的受体如内皮素 β 受体等中发挥效果，一起 Microcin J25 也被报导具有抗菌及受体拮抗剂等生物活性。

  现在已发现的大部分套索肽是在变形杆菌和放线菌中组成的，如羊毛硫细菌素、小菌素、微环素、蓝内酯和硫肽等。大多数套索肽都具有抗细菌的效果。许多羊毛硫抗生素对多种革兰阳性菌具有灭菌效果，有些对耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA）、耐万古霉素肠球菌和耐奥沙西林的革兰阳性菌等具有比较好的活性。套索肽 MccJ25 关于革兰阴性菌（如大肠埃希菌和沙门菌等）有杀伤效果，一起能中和内毒素，并经过其免疫调节效果按捺炎症细胞因子的发生；活性肽MccJ25 还能够有用的防备由肠毒素ETEC K88 引起的肠道损害和炎症反响，可作为一种新的防备性药物来削减动物、食物或人类的病原体感染。来历于链霉菌属 Streptomyces sannurensis的套索肽 marinopyrroles A-F 对 MRSA 也具有极强的抗菌活性。现在以为套索肽的抗菌效果主要是经过2 种机制：其一是效果于细菌的细胞膜，在膜上构成离子通道，引起胞内物质的外漏而杀死细菌；其二是套索肽不损坏细胞膜而进入胞内，与胞内靶标结合后按捺其谢，然后杀死细菌。例如，MccJ25 与细菌外膜受体蛋白 FhuA 结合，进入细菌后按捺 RNA 聚合酶的效果，起到灭菌的效果。

  来历于Streptomyces sp 的套索肽RES-701-1 是内皮素受体ETB 的选择性拮抗剂。现在某些内皮素的肽类拮抗剂因为胃肠道的降解效果而约束了其医治效果，而经过将套索肽 RES-701-1 序列来改造规划对蛋白水解具有更高安稳的肽类拮抗剂成为近年来的研讨热门。由Streptomyces coulescens 发生的套索肽Anantin 是第一个由微生物发生的心房利钠因子拮抗剂( Atrial natriuretic factor antagonist ANP)。利钠肽( NPs) 是一种参加保持渗透压与血管稳态的激素，能引起利钠、利尿和血管舒张效果，它还显现出抗纤维化、抗增殖和抗增生效果，并参加心脏和血管体系的重塑。Burkholderia thailandensis 来历的套索肽 BI-32169 是胰高血糖素受体的强拮抗剂，一起也是第一个序列与胰高血糖素非同源的天然肽类拮抗剂，其一级结构与胰高血糖素有很大不同，因而涉及到 BI-32169 的拮抗效果机制现在还不清楚。因为胰高血糖素受体的肽类拮抗剂遍及的低安稳性，其在医治方面上的使用也远远少于小分子有机物，而套索肽中套索结构及其特别的结构特性使得其可为开发新的肽类拮抗剂进步安稳性。

  Streptomyces griseoflavus 来历的套索肽 MS-271 是平滑肌肌球蛋白轻链激酶(Myosin light chain kinase，MLCK) 的按捺剂，一般肽类按捺剂具有更加好的特异性，但因为肽在体内的低安稳性约束了其使用，而套索肽类按捺剂因为其结构特性所具有的安稳性也为 MLCK 按捺剂药物的研制供给了新思路。由 Microbispora sp. SNA-115 发生的套索肽propeptin 是一种丝氨酸蛋白酶按捺剂。研讨标明，Propeptin 作为丝氨酸蛋白酶按捺剂类已在动物模型中显现具有维护神经、抗忘记以及认知增强的效果。MccJ25和Capistruin 是由 Proteobacteris 发生的经过按捺RNA 聚合酶(RNAP) 活性然后按捺细菌的套索肽。细菌RNAP(RNA 聚合酶，RNA polymerase) 是抗生素效果的重要靶点，它对细菌的成长和生计至关重要，一起在细菌中较为保存，使得其能够在不影响真核生物RNAP 的情况下被选择性靶向。Mukhopadhyay等的研讨标明，Mccj25 经过于RNAP 二级通道菌的结合来阻断底物与活性中心的效果来按捺转录。

  现在，肽类药物被大范围的使用于临床医治，与小分子药物比较，它们具有更高的靶向性，而且与以往的根据蛋白质的医治比较，它们表现出较低的免疫原性。但是，传统的多肽药物因为其溶解度低、生物利费用低、安稳性差等特色，其使用往往受到约束。未处理这一问题，经过将天然发生的具有安稳结构的套索肽作为一种分子支架用于表位移植开发肽类药物成为了其间一个处理方案。在许多肿瘤细胞中，整合素外表αvβ3亚基中的Arginine， Glycine 和 Aspartic(RGD) 是过表达的，用RGD 替换 MccJ25 中的 G12、I13 和G14 构成的杂交肽可用于癌症辨认和医治。RES-701-1具有内皮素 B 受体拮抗功用，由内皮素和RES-701-1 组成的杂交肽对ETB 的亲和力和拮抗效果得到明显进步。此外，将RGD 序列整合到RES-701-1中能大大的提高其生物活性和结构安稳性。经过对套索肽环和尾部区域进行润饰，可使其取得新的生物活性。惋惜的是，到现在，套索支架仍不能经过化学组成办法取得，只能依赖于套索肽生物组成润饰酶的效果，而套索肽生物组成润饰酶的难于异源表达纯化也为这一使用带来了应战。

  套索肽是一类由核糖体组成并经翻译后润饰、具有套索结构的天然肽。特别的拓扑结构赋予该类肽超强的耐理化及蛋白酶水解的安稳性。近年来，跟着质谱分析等技能的改善及基因组测序的开展，对套索肽的序列和结构多样性得到了充分认识，关于套索肽生物组成机制也有了更深化的了解，但套索肽的生物组成及其组成相关润饰酶的异源表达纯化仍然面对巨大应战。若能够经过化学组成和基因重组对套索肽进行定向润饰改造将进一步拓宽套索肽在医疗范畴的使用。

  [1]成骋,华子春.套索肽——一种可供多肽类药物规划和改造的多功用载体[J].药学发展,2019,43(10):777-785.

  作者简介：小泥沙，食物科技工作人员，食物科学硕士，现就职于国内某大型药物研制公司，从事营养食物的开发与研讨。