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華東理工劉潤(rùn)輝教授課題組《J. Med. Chem.》:細(xì)胞穿透肽啟發(fā)的多肽聚合物高效對(duì)抗侵襲性耐藥真菌感染
2022-05-12  來(lái)源:高分子科技

  目前,全球范圍內(nèi)危及生命的真菌感染發(fā)病率居高不下,且隨著免疫缺陷人群數(shù)量的增加而迅速增加。侵襲性真菌感染的死亡率很高,通常超過(guò)50%,每年造成約150萬(wàn)人死亡。其中念珠菌是最常見(jiàn)的致病真菌,占所有侵襲性真菌感染的70-90%。目前臨床治療侵襲性真菌病的抗真菌藥物種類(lèi)很少,且經(jīng)常伴隨著嚴(yán)重副作用。此外,耐藥性的迅速傳播也給抗真菌治療帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此迫切需要研究不易誘導(dǎo)真菌產(chǎn)生耐藥性的低毒性、高選擇性抗真菌劑。然而,真菌和哺乳動(dòng)物細(xì)胞都是真核細(xì)胞,這給抗真菌藥物的研究帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。盡管近年來(lái)已經(jīng)成功發(fā)現(xiàn)了多種有效抗菌劑,特別是模擬抗菌肽的藥物,但高效抗真菌藥物卻很少被報(bào)道。


  華東理工大學(xué)劉潤(rùn)輝教授課題組長(zhǎng)期開(kāi)展基于多肽模擬的抗菌和抗感染治療研究。本研究中,受細(xì)胞穿透肽(CPPs)八聚精氨酸啟發(fā),發(fā)現(xiàn)D,L-高精氨酸與L-谷氨酸的長(zhǎng)鏈長(zhǎng)多肽共聚物(27~28 mer)能夠有效穿透真菌細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞實(shí)現(xiàn)高效抗耐藥真菌功能,且引入特定比例的L-谷氨酸所帶來(lái)的正電荷屏蔽作用與部分兩性離子結(jié)構(gòu)有效降低了多肽聚合物的細(xì)胞毒性,減少了多肽聚合物與血漿蛋白的相互作用以避免蛋白聚集/沉淀。該成果以An effective strategy to develop potent and selective antifungal agents from cell penetrating peptides in tackling drug-resistant invasive fungal infections為題發(fā)表在《藥物化學(xué)》(J. Med. Chem. 2022, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.2c00274)。


 

1 抗真菌多肽共聚物的設(shè)計(jì)


  研究人員設(shè)計(jì)合成一系列不同比例的D,L高精氨酸與L-谷氨酸多肽共聚物HRx-r-Ey。研究發(fā)現(xiàn),摻入20%的谷氨酸殘基可以有效降低多肽聚合物的哺乳動(dòng)物細(xì)胞毒性(IC50 = 400 μg/mL),并削弱多肽-蛋白之間的相互作用,從而避免了蛋白聚集/沉淀出現(xiàn)。優(yōu)選多肽聚合物(HR80-r-E20)對(duì)多株臨床分離耐藥真菌展現(xiàn)出高效抗菌活性(MIC = 0.78~6.25 μg/mL此外該化合物相對(duì)于抗真菌藥物兩性霉素B,表現(xiàn)出良好的溶解性以及耐高溫、紫外穩(wěn)定性,為承受惡劣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸環(huán)境提供了便利。


 

多肽聚合物的體外性能


  機(jī)理研究中表明胍基化多肽共聚物能夠有效穿透真菌細(xì)胞膜進(jìn)入真菌細(xì)胞內(nèi)部,進(jìn)一步破壞真菌細(xì)胞器的完整性,從而殺死真菌。這種抗真菌機(jī)制也與該抗真菌肽聚合物的設(shè)計(jì)和優(yōu)化相符合此外,這些研究結(jié)果均進(jìn)一步支持和解釋了多肽聚合物高選擇性抗真菌和低耐藥性風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)勢(shì)。

  


多肽聚合物的抗真菌機(jī)理


  最終,優(yōu)選多肽聚合物HR80-r-E20在小鼠系統(tǒng)感染模型中表現(xiàn)有效的抗感染治療效果,顯著降低了重要器官感染的菌落負(fù)荷,減輕了真菌菌絲對(duì)組織(尤其為心臟、腎臟)入侵的嚴(yán)重程度,大大降低了真菌感染帶來(lái)的炎癥反應(yīng),并展現(xiàn)出優(yōu)異的體內(nèi)生物相容性和安全性,表現(xiàn)了突出的體內(nèi)抗真菌感染治療潛力。

 


多肽聚合物抗真菌系統(tǒng)感染治療效果


  華東理工大學(xué)博士后武月銘和博士研究生江偉男是該論文的第一作者,劉潤(rùn)輝教授是通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委等基金的資助。


  論文鏈接https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jmedchem.2c00274
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