天然抗病毒環(huán)肽的研究進(jìn)展

王夢燦,任志強,林劍,朱希強

(1.煙臺大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山東 煙臺 264005;2.山東豐金生物醫(yī)藥有限公司,山東 煙臺 264100)

環(huán)肽廣泛存在于自然界的動物、植物與微生物中。從20世紀(jì)40年代人類發(fā)現(xiàn)了第一個環(huán)肽,Gramicidin S環(huán)肽起[1],到目前為止,環(huán)肽的研究已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展。環(huán)肽不僅可以從天然的生物中提取出來,還可以根據(jù)人們的需要進(jìn)行體外修飾以期達(dá)到人們的要求。相比于線性肽,其結(jié)構(gòu)更加特殊,構(gòu)象更加穩(wěn)定,活性更加豐富,具有更好的抗酶解能力、抗化學(xué)降解能力和更高的生物活性[2]。此外,環(huán)肽相較于線性肽含有更少的N端和C端,更易穿過細(xì)胞膜,不易被體內(nèi)酶降解[3]?；谶@些優(yōu)良的特性,環(huán)肽已成為科學(xué)家們研究的熱點。

在目前的藥物研發(fā)體系中,主要的藥物化合物包括有抗生素、蛋白質(zhì)、核酸和肽[4]等。肽具有易生產(chǎn)、低毒性、結(jié)構(gòu)多樣性等優(yōu)點,但是在人體內(nèi)肽易被蛋白酶分解導(dǎo)致其利用度大大降低[5]。盡管肽類藥物可以用于治療各種疾病,但是它的缺點還是極大地影響了它們在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展。目前,研究人員通過開發(fā)各種新型給藥系統(tǒng)來解決這個問題[6-7],其中之一就是將這些多肽轉(zhuǎn)化為環(huán)狀多肽,提高的多肽的蛋白結(jié)合力和多肽穩(wěn)定性。環(huán)肽具有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu),有著更高的肽酶抗性和體內(nèi)穩(wěn)定性,可以提高藥物的靶向性和親和力,除此之外,肽的環(huán)化在某些條件下還有著更高的細(xì)胞膜滲透性[5]?；诃h(huán)肽這些獨特的結(jié)構(gòu)和特性,其成為新藥的發(fā)現(xiàn)和研究的一個重要方向,是目前多肽藥物更有利的替代品。

目前環(huán)肽藥物大多處于研發(fā)和臨床試驗階段,但是已有部分環(huán)肽藥物被批準(zhǔn)上市。值得注意的是這些被批準(zhǔn)上市的環(huán)肽藥物有大部分都是天然來源,由動植物、微生物中提取出來的。這些從真菌、海洋生物等中提取出的環(huán)肽表現(xiàn)出了良好的生物活性,具有抗菌、抗癌、抗病毒等特性。比如,東方鏈霉菌產(chǎn)的三環(huán)糖肽類抗生素萬古霉素、絲狀真菌培養(yǎng)液分離出的免疫抑制劑環(huán)肽環(huán)孢霉素A等。

新型冠狀病毒的出現(xiàn)使得抗病毒類藥物的研發(fā)推上了熱潮。新出現(xiàn)的病毒性疾病已經(jīng)使世界人們的生命安全受到了嚴(yán)重威脅,導(dǎo)致了全球范圍內(nèi)的大量人們的發(fā)病和死亡。然而迄今為止,大多數(shù)病毒性疾病仍沒有有效的治療方法。目前的抗病毒藥物具有一定的局限性,治療效果較差,不能完全治療病毒性疾病。尋找新的高效抗病毒性藥物至關(guān)重要,抗病毒性良好的環(huán)肽類藥物進(jìn)入人們的視野。本文對天然來源的抗病毒環(huán)肽進(jìn)行了詳細(xì)的綜述,為推動新型抗病毒藥物的研發(fā)提供參考。

1 環(huán)肽的獲取方法

環(huán)肽的獲取方法主要包括三種:直接提取法、基因重組法和化學(xué)合成法。一個成功的環(huán)肽化合物基本需要經(jīng)過以下幾步:從生物中被提取發(fā)現(xiàn),根據(jù)人們的需求進(jìn)行體外修飾,固相合成直鏈,液相將固相得到的直鏈進(jìn)行環(huán)化大量生產(chǎn)。

1.1 直接提取法

大量環(huán)肽化合物是從動植物、微生物中等被發(fā)現(xiàn)并提取分離出來的,如太子參環(huán)肽、亞麻籽環(huán)肽等。這些天然來源的環(huán)肽大多具有很高的生物活性和生物安全性,但是這些天然的環(huán)肽在生物體內(nèi)含量少、純度低、工業(yè)復(fù)雜、很難純化得到純度較高的環(huán)肽單體。

1.2 基因重組法

部分環(huán)肽是線性肽經(jīng)酶轉(zhuǎn)化形成的環(huán)狀化合物[8],線性肽通過特定的酶對肽鏈進(jìn)行特定位點識別、水解剪切、連接核心肽成環(huán)等方法修飾成環(huán)肽,基因重組技術(shù)在體外對基因進(jìn)行修飾、重組,從而使其在體內(nèi)表達(dá)出特定的環(huán)肽?；蛑亟M技術(shù)成本低、可以安全環(huán)保表達(dá)環(huán)肽,但是其靈活度較差、無法準(zhǔn)確表達(dá)含有非天然氨基酸的環(huán)肽[9]。

1.3 化學(xué)合成法

化學(xué)合成法分為液相合成法和固相合成法[10],大部分環(huán)肽化合物本身的合成路線很常見,可以大量合成環(huán)肽的單體,但是環(huán)肽的合成涉及重復(fù)的保護、脫保護、連環(huán)等收率比較低,導(dǎo)致大部分的環(huán)肽合成難度較大,合成成本極其昂貴。

1.3.1 液相合成法

液相合成法是環(huán)肽最常見的合成方法,其最常使用的方法為縮合試劑法。但是液相合成法工藝復(fù)雜、合成周期長,且分離和純化時會損失大量產(chǎn)物[11]。

1.3.2 固相合成法

固相合成法是將反應(yīng)物等直接連接在固體聚合物作為的載體上進(jìn)行反應(yīng),在合成的過程中使分子間的碰撞幾率降低,減少副反應(yīng)的發(fā)生從而減少副產(chǎn)物的生成,并且只需要簡單以及多次的過濾和洗滌就可以除去反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物和過量的縮合劑[9]。但是,固相合成法也有許多不足,如環(huán)合成功的概率和效率都比較低。

2 天然來源的抗病毒環(huán)肽

海洋和陸地中的生物中含有種類繁多的環(huán)肽,包括各種動物、植物、細(xì)菌、真菌等。其成分各異,大小不一,分布范圍廣,有著不同的優(yōu)點和用途[12]。近年來,抗病毒環(huán)肽的研制取得了巨大進(jìn)展,下面整理了部分近些年研究的天然來源的抗病毒性環(huán)肽。

2.1 cycloviolacin VY1

cycloviolacin VY1是從紫花地丁中分離出的一種環(huán)肽,劉忞之等[13]對其進(jìn)行了活性評價和穩(wěn)定性分析,證明其具有抗酶解穩(wěn)定性和耐熱變性,并且首次報道了cycloviolacin VY1的抗甲型H1N1流感病毒的活性,其在4.00～0.25 μg·mL-1的范圍內(nèi)可以抑制甲型H1N1流感病毒的活性。當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)到4.00 μg·mL-1時抑制率達(dá)到最大,抑制率為100%。其IC50值為(2.27±0.20) μg·mL-1。

2.2 Aspergillipeptide D

Aspergillipeptide D是在曲霉真菌屬Aspergillus sp.SCSIO 41501的人工培養(yǎng)基中發(fā)現(xiàn)的一種環(huán)狀五肽[17]。Aspergillipeptide D是一種相對分子質(zhì)量為727、分子式為C40H49N5O8的白色晶體,具有有效的抗HSV-1病毒活性的作用。Aspergillipeptide D對Vero細(xì)胞的毒性非常低,在濃度為50 μmol/L時細(xì)胞的存活率達(dá)到90%以上,其在毒性范圍內(nèi)具有抗HSV-1病毒效果。Aspergillipeptide D不僅對HSV-1正常株具有抗病毒效果,還對HSV-1的耐藥株如HSV-1-106,HSV-V-153和HSV-blue株都具有優(yōu)良的抗病毒效果[14]。

2.3 Asperterrestide A

Asperterrestide A是從海洋衍生真菌土曲霉SCSGAF0162的發(fā)酵液中分離出的一種新的抗病毒環(huán)狀四肽[15]。Asperterrestide A是一種分子式為C26H32N4O5的黃色粉末,具有罕見的3-OH-N-CH3-Phe殘基,對流感病毒毒株H1N1和H3N2具有抑制作用。He[16]等人用CPE法檢測了Asperterrestide A對流感病毒毒株A/WSN/33(H1N1)(M2耐藥株)和A/Hong Kong/8/68(H3N2)(M2-敏感株)的抑制作用,相應(yīng)的IC50值分別為20.2和0.41 μmol/L,證明了Asperterrestide A具有抑制H1N1和H3N2病毒的能力。

2.4 Simplicilliumtide

Simplicilliumtide是在海洋衍生的真菌菌株Simplicillium obclavatum EIODSF 020中發(fā)現(xiàn)的一種環(huán)肽[18],Simplicilliumtid J是一種分子式為C46H73N7O11,具有脂肪酸鏈和內(nèi)酯鍵的抗HSV-1病毒環(huán)肽,EC50值為14.0 μmol/L。此外,其對Vero細(xì)胞的非細(xì)胞毒性濃度TC0和TC50值分別為25.1和204 μmol/L[18]。

3 總結(jié)與展望

截至目前,雖然有著越來越多的抗病毒藥物被發(fā)現(xiàn),并經(jīng)過了臨床試驗出現(xiàn)在了人們的日常生活中,但是大多數(shù)病毒感染仍面臨著缺乏適當(dāng)?shù)闹委熓侄蝃19-21]。不僅如此,抗病毒藥物還面臨著各種挑戰(zhàn),如病毒毒株變異,抗病毒藥物出現(xiàn)耐藥性等。因此,研發(fā)出令人滿意的新型抗病毒藥物一直是科學(xué)家們努力的方向。此時,環(huán)肽應(yīng)運而生,進(jìn)入了科學(xué)家們的視野。其與線性肽和其他抗病毒藥物相比具有明顯的優(yōu)勢,已成為新藥研發(fā)的趨勢。

如今環(huán)肽已經(jīng)打開了醫(yī)療領(lǐng)域的大門,用于成像、疾病治療、診斷和藥物靶向等[22],但是環(huán)肽也有它的局限性,如天然提取的環(huán)肽較難分離純化;化學(xué)合成的環(huán)肽合成難度過高、合成成本巨大;環(huán)肽的種類較少、選擇性低等。因此人們應(yīng)發(fā)展出更簡單、高效的環(huán)肽合成方法,降低環(huán)肽生產(chǎn)的成本[23];從生物中提取出更多的未知天然來源環(huán)肽,利用天然來源提取的環(huán)肽與基因重組技術(shù)、化學(xué)合成技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)出更多對人類有益的環(huán)肽化合物,使更多的新型、高效、安全的環(huán)肽類藥物進(jìn)入市場。相信在不久的將來,環(huán)狀肽由于其突出的特性和生產(chǎn)成本的降低將成為醫(yī)藥發(fā)展中最重要的亮點之一。

總之,通過對病毒結(jié)構(gòu),作用機制等研究的愈發(fā)深入,對抗病毒環(huán)肽類藥物不斷地優(yōu)化,天然抗病毒環(huán)肽必將擁有更廣闊的應(yīng)用前景。相信人們終有一天會克服病毒、戰(zhàn)勝病毒。