生物活性環(huán)肽及其藥學(xué)研究進(jìn)展

張 赫，劉雨琛，張明赫

（1.黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150000；2.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040）

在目前在藥物研究方面蛋白質(zhì)的功能與結(jié)構(gòu)的分析方面出現(xiàn)了革命性的變化。在人類的疾病之中許多疾病治療的靶標(biāo)便是蛋白中蛋白的相互作用，因為大部分蛋白質(zhì)相互作用的交界面是平的原因，導(dǎo)致小分子藥物與其特異性緊密結(jié)合的難度較大，同時因為小分子無法排除體外的原因，其頻繁代謝物有著一定的毒性，在經(jīng)過一定時間的積聚后會導(dǎo)致器官出現(xiàn)不良的反應(yīng)。而蛋白質(zhì)藥物則與之相反是毒性低且由天然成分而組成的。進(jìn)幾年以來，對含有大量二酸鍵環(huán)狀肽的研究力度逐漸，其主要的原因便是環(huán)肽特殊的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致環(huán)肽對化學(xué)、熱、酶有著異常的穩(wěn)定性，同時肽還是治療應(yīng)用的高度受限肽。環(huán)肽顯著的特征不僅擁有一個頭尾環(huán)狀的骨架同時還合并了一個由三個保守二硫鍵所組成的胱氨酸結(jié)。然而這兩種特征都不是環(huán)肽所特有的，環(huán)狀骨架還存在于環(huán)孢霉素等天然類的產(chǎn)物之中，而胱氨酸結(jié)也存在于轉(zhuǎn)生長因子之中。環(huán)肽則與這兩個不同，是唯一一個同時擁有以上兩個特征的，也正是頭尾狀環(huán)骨架與胱氨酸結(jié)這兩種特征相互結(jié)合的原因讓環(huán)肽所產(chǎn)生特有的肽折疊成為了極其穩(wěn)定的受限肽，并在再藥物開放方面有了研究發(fā)展的價值。

1 環(huán)肽的結(jié)構(gòu)以及其分類

環(huán)肽是屬于植物體內(nèi)的含有大量二硫鍵的大環(huán)肽，大環(huán)肽由二十八至三十七個氨基酸殘基的肽鍵頭尾相互連接而形成的。環(huán)狀肽的結(jié)構(gòu)與以往傳統(tǒng)線狀含有大量胱氨酸肽的結(jié)構(gòu)又有所不同，環(huán)肽與其名字相同為環(huán)狀形態(tài)，其中的分子出來有著環(huán)狀首尾相連的骨架以外還存在六個極其保守的半胱氨酸殘基，分別將六個半胱氨酸殘基標(biāo)記成I～VI，而與其相對應(yīng)且相鄰的兩個半胱氨酸殘基的環(huán)被標(biāo)為環(huán)一至環(huán)六，這些半胱氨酸殘基兩兩間形成了三對二硫鍵。環(huán)肽因為這種特殊保守的結(jié)構(gòu)特征而擁有了異常的穩(wěn)定性，而特殊的環(huán)狀半胱胺栓結(jié)的構(gòu)框架上環(huán)狀擁有了一個非常堅硬的結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)對化學(xué)變性、熱、酶降解都有著非常大的抗性。

2 環(huán)肽的藥學(xué)應(yīng)用

環(huán)肽是植物天然的防御功能分子，主要是因為環(huán)肽在整個植物組織之中廣泛的表達(dá)出了有著抗線蟲、昆蟲以及軟體動物的活性。但是，在發(fā)現(xiàn)了環(huán)肽有著異常的穩(wěn)定性之后加大了其相關(guān)的研究力度用于藥物設(shè)計或者蛋白質(zhì)工程。而環(huán)狀肽在藥學(xué)方面進(jìn)行研究的應(yīng)用可以按照環(huán)狀肽的結(jié)構(gòu)是否置換、置換的程度來進(jìn)行劃分，大致可以將其分為天然的環(huán)肽、點突變環(huán)狀肽。

2.1 天然環(huán)肽

天然生成的環(huán)肽有著溶血、子宮收縮、抗菌、抗腫瘤活性、抗艾滋等等非常多潛在的生物活性。

2.1.1 環(huán)狀肽的溶血活性

環(huán)肽所具有的溶血活性只有環(huán)狀的條件情況下能會擁有，若環(huán)肽線性化之后則會失去溶血活性，因此，說明了是否有完整的環(huán)狀骨架與溶血活性非常重要。同時環(huán)胚的溶血活性也與其氨基酸的組成序列有所關(guān)聯(lián)，以兩個源自于Viola odorata中的兩個環(huán)肽，卻會有著不一樣的溶血活性，雖然兩種環(huán)肽之間直只存在于一個氨基酸的差異，但是環(huán)肽1是絲氨酸，而環(huán)肽2在同一個位置則是丙氨酸，當(dāng)其中環(huán)肽僅僅失去一個羥基溶血活性的改變就回超過三倍。在對于環(huán)胚的溶血活性研究時往往更注重的則是如何將溶血活性去掉。一便于使環(huán)胚的框架作用于制藥的設(shè)計模板。

2.1.2 環(huán)肽天然活性中的抗艾滋病病毒活性

在研究環(huán)肽所有潛在的天然活性之中，研究的最多、最廣泛便是其中的抗艾滋活病病毒性。以非洲樹皮中的兩種大環(huán)肽為例，這兩種大環(huán)肽都能夠?qū)Σ煌拗骷?xì)胞的艾滋病病毒感染，但是兩類大環(huán)肽對靶細(xì)胞有著細(xì)胞毒性。而在M?bius的亞科中發(fā)現(xiàn)了有相類似的艾滋病抑制活性并對靶細(xì)胞的毒性相對較低。但是在目前的臨床上環(huán)肽沒有被使用與抗艾滋病毒的藥物之中，主要原因還是環(huán)肽治療的指數(shù)較低。

2.2 點突變環(huán)肽

雖然天然的環(huán)肽有著以上多個生物學(xué)的功能，但是一部分的環(huán)肽因為其中有著溶血的活性，導(dǎo)致只醫(yī)學(xué)治療的領(lǐng)域之中發(fā)展使用的條件有限。但是對環(huán)肽的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一個最小程度的單點突變，在不影響或不改變環(huán)肽結(jié)構(gòu)的異常穩(wěn)定性與生物活性的情況也，還能夠降低環(huán)肽因為有著溶血的活性在制藥方面有限制的問題。所以對單個氨基酸進(jìn)行探索，探索其對環(huán)肽的生物活性與結(jié)構(gòu)完整性的影響，來促進(jìn)環(huán)肽在制藥以及蛋白工程方面的應(yīng)用十分的重要。以其KB1環(huán)肽為例，KB1環(huán)肽有著溶血活性與殺蟲活性等在使用丙氨酸掃描時期突變的方法把KB1環(huán)肽結(jié)構(gòu)上所有的非半胱氨酸殘基使用丙氨酸替代，以此來研究環(huán)肽的結(jié)構(gòu)對其自身活性的影響。發(fā)現(xiàn)了環(huán)肽我作用方式有著三個亞區(qū)：第一亞區(qū)則是以Glu-7作為中心的并且與其相鄰近的殘基組成親水面，而這些鄰居的殘基對生物的活性有著非常重要的作用，雖然殘基存在不一樣的環(huán)上，但是始終在三維的結(jié)構(gòu)上叢集到一起并此次形成一個生物的活性面這便是親水面，而KB1環(huán)肽中的生物活性還由表面主要的親水殘基區(qū)來決定的；第二個亞區(qū)則是暴露在表面的疏水殘基區(qū)，其表面疏水區(qū)和膜結(jié)合有關(guān)，疏水區(qū)與生物的活性位于分子中相同的一側(cè)；第三個亞區(qū)則可修正活性提高區(qū)，而提高區(qū)則位于疏水區(qū)與生物活性面相面的一側(cè)。

KB1溶血活性、殺蟲活性與疏水區(qū)、親水區(qū)的完整程度有所關(guān)聯(lián)，親水區(qū)則主要負(fù)責(zé)和膜磷脂結(jié)合，而疏水區(qū)則是插入到膜中的疏水核。若親水區(qū)出現(xiàn)突變而疏水區(qū)不變，環(huán)胚的殺蟲活性與容血活性都會同時的驟減。若是親水區(qū)沒有入突變，只需要在其疏水區(qū)中引入一個有著高度親水的賴氨酸，與前者相同一樣會引起殺蟲性與溶血性兩種活性出現(xiàn)驟減的情況，主要還是因為其中親水的殘基阻擋了與膜疏水的相互作用而導(dǎo)致生物活性有所損失，與之相反若親水區(qū)沒有突變只是在疏水區(qū)部分位置引入不一樣的疏水氨基酸，就不會大幅度的減少環(huán)胚殺蟲活性，因為丙氨酸屬于疏水氨基酸，它能夠取代疏水區(qū)之中的氨基酸不會嚴(yán)重的影響到與膜的結(jié)合，所以不會對環(huán)肽中殺蟲活性功能造成影響只是對環(huán)肽中溶血活性有所影響。環(huán)肽中溶血活性與其疏水區(qū)的大小疏水性有所關(guān)聯(lián)。若肽的疏水區(qū)越大疏水性就越強，而相對的溶血性也會越強。若使用氨基酸對疏水區(qū)進(jìn)行突變破壞其完整性就是讓環(huán)肽失去溶血活性。

在通過以上對疏水區(qū)進(jìn)行突變能夠在保持環(huán)肽殺蟲活性的同時，大幅度的降低溶血活性。而在殺蟲活性則與抗腫瘤活性的機(jī)制相同，所以也能夠有著抗癌的作用。在制藥上使用氨基酸突變將其受限制的溶血活性降到最低，就能夠保證其抗腫瘤的活性會受到太大的影響，這樣一來抗癌環(huán)肽制藥進(jìn)行治療的潛力就可以重新的被挖掘出來。

結(jié)語：環(huán)肽在如今是一個被多方面注重研究的植物多啊太家族，并且在不斷深入研究的同時也被認(rèn)為是具有較大潛力的藥物支架。雖然環(huán)肽在制藥方面有著相應(yīng)的潛力，但是因為其自身存在多種不同的活性以及相對應(yīng)的毒性因素，到目前為止還沒有任何的一種環(huán)肽被使用于人體的臨床實驗之中。雖然現(xiàn)在情況并不是很理想，但是這一方面的研究還處于一個初期的起步階段，若是環(huán)肽在動物類的實驗之中取得一定的研究結(jié)果，那一定會實現(xiàn)使用在人體的臨床試驗之中。