CN110498848B - 一种蜂毒肽变体及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型蜂毒肽变体及其应用。目前临床上亟待开发出新型抗菌药物以避免抗生素的过度使用，蜂毒肽作为一种优良的生物抗菌剂，是抗生素的最佳替代品之一。发明人基于研究发现一种新型蜂毒肽，该蜂毒肽对革兰氏阴性菌具有很好的抑菌杀菌能力，并进一步通过序列改进获得其变体，在保留野生型蜂毒肽抗革兰氏阴性菌的基础上，同时获得更好的抑制革兰氏阳性菌的能力。本发明提供的新型蜂毒肽及其变体具有很好的临床应用前景。

Description

一种蜂毒肽变体及其应用

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种新型蜂毒肽变体及其应用。

背景技术

金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)是最常见的人类细菌病原体，属于革兰氏阳性球菌，可引起皮肤、软组织感染、化脓性关节炎、心内膜炎、骨髓炎、肺炎，也可引起菌血症、脓毒血症等全身感染。最初，金黄色葡萄球菌对青霉素的敏感度在90％以上，但随着抗生素的大量使用，耐青霉素的金黄色葡萄球菌也随之出现，并且随后也发现了对其他抗生素，如四环素、红霉素等耐药的金黄色葡萄球菌。很长一段时间内，治疗耐药性金黄色葡萄球菌感染没有达到预期的效果。近年来出现了对甲氧西林、苯唑西林、头孢拉定等多种抗生素耐药，以及 mec基因阳性的耐药性金黄色葡萄球菌，被命名为耐甲氧西林金黄葡萄球菌 (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus，MRSA)。MRSA是医院院内感染的一种常见病原菌，其感染多见于外伤或手术后。2016年，国内主要地区医院MRSA 的平均检出率为38.4％，部分医院的检出率高达53.5％-75.3％，成为严重威胁国民生命健康的耐药性病原菌。万古霉素是目前对抗MRSA最好的抗生素，但随着万古霉素的过度使用，据报导，医院院内分离的MRSA对万古霉素的耐药性正在逐年升高，这对开发新型抗菌药物及材料提出了迫切要求。

抗菌肽作为一种优良的生物抗菌剂，是当前公认的抗生素的最佳替代品。蜂毒肽(melittin)是抗菌肽类的一种，由26个氨基酸残基组成，其含量占蜂毒的40％以上蜂毒肽能与生物膜发生作用致使生物膜在物理生理性质上出现一系列改变。目前在临床上用于治疗血液及心血管系统疾病和神经痛等神经系统疾病等方面，有较为广阔的前景。但是，野生型蜂毒肽对革兰氏阳性菌的抑菌能力并不理想，考虑到伤口感染时，患者往往感染上的不止一种细菌，如果能在野生型蜂毒肽抗革兰氏阴性菌的基础上，获得一种新型的对革兰氏阳性菌也具备更强的抑菌杀菌能力，则可以更有效的清除病原体，有助于患者恢复健康。

本发明的目的在于，通过序列改进，发现一种新型蜂毒肽，在保留野生型蜂毒肽抗革兰氏阴性菌的基础上，同时获得更好的抑制革兰氏阳性菌的能力。此外，在肿瘤细胞毒性试验中发现，本发明提供的新型蜂毒肽对肿瘤细胞也具有很好的杀伤作用。本发明提供的新型蜂毒肽变体具有很好的临床应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型蜂毒肽，蜂毒肽的序列为与野生型蜂毒肽 SEQNO ID.1有75％以上同源性的序列，所述SEQ NO ID.1序列为：GIGAVLKVLTTGLPALISWIKRKRQQ。

本发明的目的在于提供一种新型蜂毒肽，新型蜂毒肽在SEQ NO ID.1中的氨基酸上取代、缺失、添加一个或几个氨基酸形成与上述蜂毒肽具有相同功能的新型蜂毒肽的变体。

进一步，新型蜂毒肽的变体序列为与GIGAVLRVLTTGLPALISWIRRRRQQ (SEQ NOID.2)有75％、80％、85％、90％、95％或100％以上同源性的序列。

目前，蜂毒肽有各种各样的修饰形式，如连接上脂肪酸、氨基酸氟化、酰化以及用D型氨基酸代替L型氨基酸等，通过不同的修饰，使得多肽的活性提高、毒性降低、制备工艺简化等。

进一步，上述新型蜂毒肽的N端被乙酰化修饰和/或C端被酰胺化修饰。

一种核苷酸片段，核苷酸片段编码上述新型蜂毒肽。

一种重组载体，所述载体含有上述核苷酸片段。

一种重组载体，所述载体表达上述新型蜂毒肽。

进一步，载体为原核表达载体或真核表达载体。

更进一步，载体为大肠杆菌表达载体、小球藻表达载体、杆状病毒介导的昆虫表达载体、酵母表达载体。

一种重组细胞，所述细胞含有上述重组载体。

一种组合物，所述组合物含有上述新型蜂毒肽或其药学上可接受的盐及药学上可接受的载体。

所述药学上可接受的载体包括离子交换材料、氧化铝、硬脂酸铝、卵磷脂、自乳化药物传递系统(SEDDS)，如d-维生素E聚乙二醇1000琥珀酸酯、吐温或其他类似聚合介质等药物制剂用的表面活性剂、血清蛋白如人血清白蛋白、缓冲物质如磷酸盐、氨基乙酸、山梨酸、山梨酸钾、饱和植物脂肪酸部分甘油酯混合、水、盐、电解质如硫酸盐精蛋白、磷酸氢二钠、磷酸氢钾、氯化钠、锌盐、硅胶、硅酸镁等。聚乙烯吡咯酮、纤维素物质、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸酯、乙烯-聚氧乙烯-嵌段聚合物和羊毛脂、环糊精如α-、β-、γ-环糊精或其经化学修饰的衍生物如2-和3-羟丙基-β-环糊精等羟烷基环糊精及其可溶性衍生物。

上述新型蜂毒肽、新型蜂毒肽的变体、核苷酸片段、组合物、重组载体或重组细胞在制备抑菌和/或杀菌性能的产品或药物中的应用。

其中，产品可以是医用耗材。

进一步，药物为预防或治疗感染的药物，优选的，所述的干扰有细菌、真菌、病毒、寄生虫等引起。

进一步，所述的菌为革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、病毒或寄生虫。

进一步，所述菌为金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、副溶血弧菌、肠炎弧菌、铜绿假单胞菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、鲍曼不动杆菌或鲍曼不动杆菌临床分离全耐药菌。

金黄色葡萄球菌是人类的一种重要病原菌，隶属于葡萄球菌属，是革兰氏阳性菌的代表，可引起许多严重感染。大肠杆菌为革兰氏阴性短杆菌，一般多不致病，为人和动物肠道中的常居菌，在一定条件下可引起肠道外感染，某些血清型菌株的致病性强，引起腹泻，引起严重腹泻和败血症。副溶血弧菌，又称为肠炎弧菌，属于弧菌属，是一种常见的病原菌。肠炎弧菌是一种嗜盐性的革兰氏阴性菌，主要的栖息地在海水中，是引起食物中毒的主要病原菌之一，在沿海地区，每年都有相当多的病患因食用被肠炎弧菌污染的海产品而发生食物中毒。耐甲氧西林金黄葡萄球菌是医院院内感染的一种常见病原菌，其感染多见于外伤或手术后。鲍曼不动杆菌，又称鲍氏不动杆菌，属于革兰氏阴性菌，该菌是不动杆菌属细菌中在医院感染中常见的一种，也是水产养殖业动物的病原菌，它通常会引起菌血症，肺炎，脑膜炎，腹膜炎，心内膜炎，以及泌尿道和皮肤感染。鲍曼不动杆菌已经成为医院感染的主要来源，尤其是重症监护室，该病菌因为抗生素的滥用，导致鲍曼不动杆菌产生抗药性，变成“多重抗药性鲍曼不动杆菌”(鲍曼不动临床分离全耐药菌)。

上述新型蜂毒肽、新型蜂毒肽的变体、核苷酸片段、组合物、重组载体或重组细胞在制备抗肿瘤药物中的应用。

所述药物进一步包含药用辅料，包括填充剂(如无水乳糖、淀粉、乳糖珠粒和葡萄糖)、粘合剂(如微晶纤维素)、崩解剂(如交联羧甲基淀粉钠、交联羧甲基纤维素钠、低取代羟丙基纤维素和交联PVP)、润滑剂(如硬脂酸镁)、吸收促进剂、香味剂、甜味剂、稀释剂、赋形剂、润湿剂、溶剂、增溶剂和着色剂等。

所述药物的给药制剂可包括注射剂、霜剂、软膏剂、贴剂、喷雾剂等。

所述药物给药途径包括皮下、皮内、动脉内、静脉内、肌内、关节内、滑液内、胸骨内、鞘内、病灶内、颅内注射或输注，口服、局部、直肠、经鼻、经颊、阴道、舌下、皮内、粘膜、气管、尿道给药，通过吸入气雾、植入蓄积及针刺方式给药。

附图说明

图1是不同浓度下野生型蜂毒肽和蜂毒肽-R对SA29213的抗菌能力图；

图2是浓度为16ug/ml时野生型蜂毒肽和蜂毒肽-R对SA29213的抗菌能力对比图；

图3是不同浓度下野生型蜂毒肽和蜂毒肽-R对USA300的抗菌能力图；

图4是浓度为8ug/ml时野生型蜂毒肽和蜂毒肽-R对USA300的抗菌能力对比图；

图5是不同浓度下野生型蜂毒肽和蜂毒肽-R对USA400的抗菌能力图；

图6是浓度为8ug/ml时野生型蜂毒肽和蜂毒肽-R对USA400的抗菌能力对比图；

图7是不同浓度下野生型蜂毒肽和蜂毒肽-R对AbBAA747的抗菌能力图；

图8是不同浓度下野生型蜂毒肽和蜂毒肽-R对Ab1814516的抗菌能力图；

图9是不同浓度下野生型蜂毒肽和蜂毒肽-R对红细胞的溶血能力图；

图10是不同浓度下蜂毒肽-R对肿瘤细胞杀伤图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照厂商所建议的条件实施检测。

实施例1多肽设计及抗菌测试

1.多肽的设计基于蜂毒肽的多肽序列并合成，设计了蜂毒肽-R序列(R-Meli)：

蜂毒肽(Melittin)序列：GIGAVLKVLTTGLPALISWIKRKRQQ-NH2

蜂毒肽-R(R-Meli)序列：GIGAVLRVLTTGLPALISWIRRRRQQ-NH2

2.抗菌测试

对蜂毒肽-R进行最小抑菌浓度(MIC)测试，使用肉汤稀释法。

2.1 MIC板制备

将浓度为256mg/ml的样品溶液分别点入96孔聚苯乙烯板第一排孔中，每孔100ul，每种样品重复3次。后排每孔加入50ul LB液体培养基，使用排枪从第一排吸取50ul样品溶液，与第二排充分吹打混合，再吸取50ul加入与第三板吹打混合，如此依次进行两倍稀释，至最后一排将混合后的50ul溶液弃去，得到256、128、64、32、16、8、4、2ug/ml共8个浓度梯度的样品。另设1列只加100ul LB 培养基的空白组，以及一列菌浓度为5×10⁵CFU/mL而不含样品的对照组。

2.2接种物配制

实验使用了革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌SA29213株，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌USA300株与USA400株，以及革兰氏阴性的鲍曼不动杆菌Ab BAA747 标准株，鲍曼不动杆菌临床分离全耐药株Ab 1814516(北京市安贞医院检验科赠与)。细菌过夜培养，配制得0.5麦氏浊度标准的菌悬液，1:100稀释后，向样品实验组每孔加入50ul，此时1至8孔样品浓度分别为128、64、32、16、8、4、 2、1ug/ml。

2.3观察统计实验数据

温箱培养24h，用酶标仪OD600测取96孔板中各孔洞吸光度值，绘制成图。

细菌生长率＝(OD实验组-OD空白组)/(OD对照组-OD空白组)

3.实验结果

由图1-8所示数据可知，两种蜂毒肽对革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌均均有一定的抑菌杀菌作用。相较于野生型蜂毒肽，蜂毒肽-R对革兰氏阳性菌有了更优异的抗菌能力：当蜂毒肽浓度为16ug/ml时，金黄色葡萄球菌SA29213的生长率分别为60％左右(蜂毒肽组)和不到10％(蜂毒肽-R组)；当抗菌肽浓度为8ug/ml时，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌USA300的生长率分别为近80％(蜂毒肽组)和不到25％(蜂毒肽-R组)；当抗菌肽浓度为8ug/ml时，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌USA400的生长率分别为近60％(蜂毒肽组)和不到5％(蜂毒肽-R组)；对革兰氏阴性菌的抗菌能力方面，两种抗菌肽变化不大，蜂毒肽-R对鲍曼不动标准株的抑菌能力与野生型相同，对鲍曼不动耐药株的抑菌能力略有不足。

实施例2红细胞溶血实验

1.实验试剂：

TBS缓冲液：605mg Tris(终浓度10mM TRIS)，4.4gNacl(150mM NaCl)， 500mlddH₂O，PH＝7.2；

红细胞裂解液：以TBS缓冲液稀释的0.2％Triton X-100。

2.实验步骤：

1)血样取自正常人血，离心力1000g，5min，离心，移除上清，加入等量TBS 缓冲液，轻轻混匀，再次以1000g，5min离心，重复3-5次至上清澄清。

2)收集所得沉淀，1:50稀释在TBS缓冲液中，轻轻来回颠倒混匀，获得红细胞悬液。

3)96孔板加样：使用排枪加样稀释法使实验组的各样品溶液形成128、64、32、 16、8、4、2、1ug/ml共8个浓度梯度，每孔100ul，再加入100ul红细胞悬液；空白组不加多肽样品，100ulTBS缓冲液+100ul红细胞悬液；对照组加入100u l红细胞裂解液以及100ul红细胞悬液。轻摇混匀，37℃培养1h。

4)将96孔板配好平离心，转速3700rpm，5min。

5)新取一个96孔板，吸取70ul离心后的96孔板上清依次加入新板，酶标仪测OD600含量，计算各样本溶血能力并绘制图表。

细胞存活率＝(OD实验组-OD空白组)/(OD对照组-OD空白组)

3.实验结果

由图9数据可知，低浓度蜂毒肽-R的红细胞溶血能力较于野生型蜂毒肽基本相当，当浓度高于4ug/ml时，蜂毒肽R的溶血能力要低于野生型的蜂毒肽。总体来说，蜂毒肽-R具备成为新型广谱抗菌药物的潜力。

实施例3蜂毒肽-R对肿瘤细胞的毒性实验

1.实验试剂：

MTS细胞毒性染色试剂，购于promega公司。DMEM高糖细胞培养基，10％胎牛血清+90％DMEM配置，购于中国医学科学院细胞资源中心。

肿瘤细胞：SW620人结肠癌细胞。

2.实验步骤：

1)复苏SW620细胞，传代2代以上，待细胞生长稳定后，取一皿生长良好的细胞消化后平板计数，根据统计值调整细胞悬液浓度并加入96孔板铺板，一列只加培养基不加细胞作空白组，其他每孔细胞数在20000左右，37℃，5％二氧化碳培养箱过夜处理，12小时后细胞完成贴壁。

2)待细胞贴壁后，小心吸出96孔板中旧培养基，按照实验需求加入含有特定多肽浓度的新培养基，混合液加样前在EP管中配好。对照组不含多肽，实验组浓度梯度为128、64、32、16、8、4、2、1ug/ml，每组两个重复。培养箱中孵育24h。

3)选择490nm的波长，在酶联免疫检测仪上测定各孔吸光值，记录结果，绘制图表。

细胞活性＝(OD实验组-OD空白组)/(OD对照组-OD空白组)

3.实验结果

由图10可知，蜂毒肽-R对肿瘤细胞低浓度即具有较强的杀伤作用，在8ug/ml 浓度时，肿瘤细胞SW620的死亡率已超过40％，野生型蜂毒肽在8ug/ml浓度时，肿瘤细胞SW620的死亡率仅为10％左右，蜂毒肽-R低浓度使用的抗肿瘤效果远远好于野生型蜂毒肽，在32ug/ml浓度时肿瘤细胞SW620的死亡率是100％。

序列表

<110> 中国医学科学院基础医学研究所

<120> 一种新型蜂毒肽变体及其应用

<160> 2

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 26

<212> PRT

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 1

Gly Ile Gly Ala Val Leu Lys Val Leu Thr Thr Gly Leu Pro Ala Leu

1 5 10 15

Ile Ser Trp Ile Lys Arg Lys Arg Gln Gln

20 25

<210> 2

<211> 26

<212> PRT

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 2

Gly Ile Gly Ala Val Leu Arg Val Leu Thr Thr Gly Leu Pro Ala Leu

1 5 10 15

Ile Ser Trp Ile Arg Arg Arg Arg Gln Gln

20 25

Claims (10)

1.一种蜂毒肽，其特征在于，蜂毒肽的序列为GIGAVLRVLTTGLPALISWIRRRRQQ。

2.根据权利要求1所述的蜂毒肽，其特征在于，蜂毒肽的N端被乙酰化修饰和/或C端被酰胺化修饰。

3.一种核苷酸片段，其特征在于，核苷酸片段编码权利要求1所述的蜂毒肽。

4.一种重组载体，其特征在于，载体含有权利要求3所述的核苷酸片段。

5.根据权利要求4所述的重组载体，其特征在于，载体为大肠杆菌表达载体、小球藻表达载体、杆状病毒介导的昆虫表达载体或酵母表达载体。

6.一种重组细胞，其特征在于，细胞含有权利要求5所述的重组载体。

7.一种组合物，其特征在于，组合物含有权利要求1-2任意一项所述的蜂毒肽及其药学上可接受的盐或药学上可接受的载体。

8.权利要求1-2任意一项所述的蜂毒肽、权利要求3所述的核苷酸片段、权利要求4或5所述的重组载体、权利要求6所述的细胞、权利要求7所述的组合物在制备抑菌和/或杀菌性能的产品或药物中的应用，其特征在于，所述菌为金黄色葡萄球菌或鲍曼不动杆菌。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述菌为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌或鲍曼不动杆菌临床分离全耐药菌。

10.权利要求1-2任意一项所述的蜂毒肽、权利要求3所述的核苷酸片段、权利要求4或5所述的重组载体、权利要求6所述的细胞或权利要求7所述的组合物在制备治疗结肠癌药物中的应用。

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