CN112321684B - 紫杉醇-抗菌肽偶合物、合成方法、抑制癌症活性的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于抗癌药物合成技术领域，公开了一种紫杉醇‑抗菌肽偶合物、合成方法、抑制癌症活性的应用，所述紫杉醇‑抗菌肽偶合物为PTX‑LL‑24；应用生物信息学技术，对LL‑37的α‑螺旋区、β‑折叠区、跨膜结构、信号肽、电荷、疏水区和亲水区氨基酸进行分析，将其改造为由24个氨基酸组成的抗菌肽，命名为LL‑24，将PTX与LL‑24偶联，获得PTX‑LL‑24复合物。本发明的PTX‑LL‑24化合物对SW1990和ME‑180癌细胞的抑制率达到89.62％和88.25％。PTX‑LL‑24化合物对两种癌细胞的抑制作用效果十分明显，为其作为治疗癌症的候选药物提供坚实基础。
Description
技术领域
本发明属于抑癌药物合成技术领域，尤其涉及一种紫杉醇-抗菌肽偶合物、合成方法、抑制癌症活性的应用。
背景技术
目前，紫杉醇一种新型抗微管类抗肿瘤药物早已用于各种癌症的一线治疗和后继治疗药物，目前临床常用的PTX制剂主要有四种：紫杉醇注射液、多西紫杉醇、紫杉醇脂质体、紫杉醇白蛋白结合型，但它们存在水溶性低、副作用大等缺点因此，研制新型抗癌药物对癌症治疗具有重要意义。抗菌肽又称抗微生物肽或者宿主防御肽，是自然界长期进化形成的，广泛存在于动植物及微生物等生物体内的，对抗外源性病原体致病作用的一类生物活性多肽物质，是生物疾病防御与免疫系统的一个重要组成部分，是一种重要而优秀的天然抗病因子。抗菌肽具有抗菌、抗病毒、抗寄生虫、抗肿瘤和免疫调节等多种功能，而且抗菌肽主要是通过物理电性作用的方式破坏细菌的细胞膜，是一种物理的方式，造成结构性的损坏，细菌对这种物理破坏细胞结构的作用机制无法对抗而产生适应性和耐受性，在理论和作用机制上，抗菌肽不论在什么情况下都不会引起细菌的耐药性产生，因此抗菌肽作为具有取代抗生素使用潜力的药物项目，已成为研究的热点LL37抗菌肽是分离自人体细胞的一种抗菌肽，具有广泛的抑菌作用，但对癌细胞具有促进增殖的作用。
抗菌肽存在于绝大多数生物体中，LL-37是从人体细胞中分离得到的一种抗菌肽，由37个氨基酸组成，一级结构为NH2-LLGDFFRKSKEKIGKEFKRIVQRIKDFLRNLVPRTES-COOH，具有广谱的抗菌作用及其独特的免疫调节作用，但对肿瘤细胞的增殖具有促进作用。因此，通过对LL-37的分子改造来增强其抑菌活性已成为目前研究的热点，但对LL-37在抑癌活性方面的研究还相当滞后，对LL-37的研究主要集中在抑菌方面，对抑癌的研究较少。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：通过对LL-37的分子改造来增强其抑菌活性已成为目前研究的热点，但对LL-37在抑癌活性方面的研究还相当滞后。
解决以上问题及缺陷的难度为：通过分子生物学技术，结合生物信息学预测，对LL-37的结构进行分子改造，使其具有抑癌活性，通过有机合成技术，将PTX与LL-24偶合形成PTX-LL-24偶合物。
解决以上问题及缺陷的意义为：通过生物信息学技术，将具有抑菌活性的LL-37分子改造为具有抑癌活性的LL-24，并与PTX结合，形成PTX-LL-24偶合物，得到抑癌活性更强的化合物。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种紫杉醇-抗菌肽偶合物、合成方法、抑制癌症活性的应用。
本发明是这样实现的，一种紫杉醇-抗菌肽偶合物，所述紫杉醇-抗菌肽偶合物为PTX-LL-24，分子式为：C47H51NO14-LL-24，白色结晶体粉末，无臭，无味，不溶于水，易溶于氯仿、丙酮等有机溶剂。
本发明的另一目的在于提供一种所述的紫杉醇-抗菌肽偶合物的合成方法，所述紫紫杉醇-抗菌肽偶合物的合成方法应用生物信息学技术，对LL-37的α-螺旋区、β-折叠区、跨膜结构、信号肽、电荷、疏水区和亲水区氨基酸进行分析，将其改造为由24个氨基酸组成的抗菌肽，命名为LL-24，一级结构为：NH2-LVRKWLRIRQIWFIYFWFLRIQWL-COOH，将PTX与LL-24偶联，获得PTX-LL-24复合物。
进一步，所述紫紫杉醇-抗菌肽偶合物的合成方法包括以下步骤：
第一步，对LL37抗菌肽的二级结构、跨膜区疏水性、C端两亲性、电荷偏倚、螺旋长度、膜蛋白拓扑学等进行分析通过改变抗菌肽螺旋区、折叠区、跨膜结构、信号肽、电荷、疏水区和亲水区氨基酸，获得经分子改造后的新型抗菌肽LL24；
第二步，以马来酰亚胺基丙酸作为桥梁，紫杉醇PTXC2OH与Mal脱水缩合形成PTXMal复合物；
第三步，在LL24氨基端添加一个半胱氨酸Cys，使Cys的巯基，SH与PTXMal中Mal上双键发生加成反应，最终形成PTXMalCLL24偶合物PTXLL24。
进一步，所述LL24抗菌肽的合成方法包括：
(1)称量氯代邻氯苯基二苯基甲烷2CL树脂0.5g，放入反应器中，用二氯甲烷DCM浸泡10min后用N，N二甲基甲酰胺DMF洗涤2次，再用DCM洗涤一次，备用；
(2)称量第一个AA，0.5g*0.3mmol/g*1.33＝0.20mmol用DCM溶解，加入0.25mlN，N二异丙基乙胺DIEA摇匀后加入装有树脂的反应器中，摇晃或氮气鼓泡反应90min，反应过程中DCM挥发，需要补加DCM；
(3)反应结束后，补加分析级甲醇1ml2mlDCM，封闭反应20min后，DMF洗涤树脂三次；
(4)脱FMOC，20％哌啶+80％DMF，脱保护20min后用DMF洗涤5次，每次30s，取少量树脂100℃茚三酮检测显色；
(5)称量下一个氨基酸fmocValoh0.15mmol*3＝0.45mmol0.45mmolHOBT，用DMF溶解加入0.25mlDIC，活化1min加入反应器中反应1h反应结束后取少量树脂检测无色即可，若有颜色需要重复投料6重复步骤(3)和(4)，直到肽链合成结束用甲醇洗涤三次抽干称重，加入切割液比例1g树脂10ml切割液室温裂解2h，后过滤得到裂解液，加入乙醚1ml裂解液：8ml乙醚摇匀离心得到粗品肽HPLC纯化得到纯度90％LL24精品肽备用。
进一步，所述切割液为95％TFA2％三异丙基硅烷、2％1，2乙二硫醇、1％纯水。
进一步，所述PTXLL24的合成包括：
(1)称取100mg紫杉醇和4mgDAMP，用10mlDCM溶解，加入圆底烧瓶中冰浴搅拌，再称取40mg马来酰亚胺丙酸用5mlDCM溶解，加入30mgDIC然后滴入到烧瓶中，反应过夜，反应结束后25旋蒸去除DCM得到粗品，纯化制备约得到35mgPTXMal的精品；
(2)称取50mgLL24，用乙腈水溶解，放入烧瓶中搅拌，同样用乙腈水溶解PTXMal滴加到烧瓶中，用碳酸氨溶液调节pH值，搅拌反应纯化制备得到PTXLL24。
进一步，所述同样用乙腈水溶解30mgPTXMal滴加到烧瓶中，用碳酸氨溶液调节pH值到7.5，搅拌反应30min。
进一步，所述紫杉醇-抗菌肽偶合物的合成方法的合成路线为：
本发明的另一目的在于提供一种抑制宫颈癌细胞活性的化合物，所述抑制宫颈癌细胞活性的化合物为紫杉醇-抗菌肽偶合物。
本发明的另一目的在于提供一种抑制乳腺癌细胞活性的化合物，所述抑制乳腺癌细胞活性的化合物为紫杉醇-抗菌肽偶合物。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明应用生物信息学技术，对LL-37的α-螺旋区、β-折叠区、跨膜结构、信号肽、电荷、疏水区和亲水区氨基酸进行分析，将其改造为由24个氨基酸组成的抗菌肽，命名为LL-24，MTT实验发现LL-24对SW1990人胰腺癌细胞和ME-180人子宫颈表皮癌细胞增殖的抑制率分别达到80.57％和69.11％，远高于紫杉醇(PTX)对两种癌细胞增殖的抑制率。进一步通过有机合成技术，将具有抑癌活性的LL-24和PTX偶联，获得PTX-LL-24复合物，MTT法检测PTX-LL-24对SW1990和ME-180癌细胞的抑制率分别达到89.62％和88.25％，远高于单独使用PTX(24.02％和47.60％)和LL-24(80.57％和69.11％)效果，溶血实验显示50μM浓度的PTX-LL-24几乎没有溶血性，镜检发现经过PTX-LL-24处理的癌细胞形态结构发生变化，由梭形变成了椭圆形甚至死亡，内容物溢出引发癌细胞死亡。本发明创造性的将PTX与经过分子改造的LL-24偶合合成PTX-LL-24复合物，并对复合物的抑癌活性、溶血性进行了研究，为新型抗癌药物的筛选和临床应用奠定基础。
本发明通过对LL37抗菌肽进行分子改造获得一种具有抑癌活性的抗菌肽，该小肽由24个氨基酸组成，命名LL24对宫颈癌细胞和胰腺癌细胞具有极强的抑癌效果在此基础进一步通过有机合成技术合成一种紫杉醇抗菌肽化合物发现该化合物抑癌活性更强，溶血性更低。经过分子改造获得的LL-24和有机合成技术获得的PTX-LL-24复合物，其抑癌效果比紫杉醇提高很多。在抑制SW1990人胰腺癌细胞和ME-180人子宫颈表皮癌细胞增殖的实验中，单独使用PTX对SW1990和ME-180癌细胞的抑制率为24.02％和47.60％，LL-24对SW1990和ME-180癌细胞的抑制率为80.57％和69.11％，而相同浓度的PTX-LL-24化合物对SW1990和ME-180癌细胞的抑制率达到89.62％和88.25％。PTX-LL-24化合物对两种癌细胞的抑制作用效果十分明显，为其作为治疗癌症的候选药物提供坚实基础。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的紫杉醇-抗菌肽偶合物的合成方法流程图。
图2是本发明实施例提供的合成的PTX-LL-24化合物HPLC检测结果示意图.
图3是本发明实施例提供的合成的PTX-LL-24化合物MS检测结果示意图。
图4是本发明实施例提供的MTT法检测药物对癌细胞的增殖抑制率示意图。
图5是本发明实施例提供的血琼脂法检测化合物对绵羊红细胞的溶血性示意图。
图6是本发明实施例提供的化合物处理癌细胞后形态结构变化示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明创新性的将PTX与LL-24通过Mal连接，形成的PTX-LL-24偶合物抑癌活性比单独使用PTX或LL-24强得多，PTX与抗菌肽的偶合相关文献未见报道。LL-37，LL-24，紫杉醇(Paclitaxel，PTX)，PTX-Mal-C-LL-24(PTX-LL-24)，马来酰亚氨基丙酸(Mal)。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种紫杉醇-抗菌肽偶合物、合成方法、抑制癌症活性的应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明提供的紫杉醇-抗菌肽偶合物为PTX-LL-24，分子式为：C47H51NO14-LL-24，白色结晶体粉末，无臭，无味，不溶于水，易溶于氯仿、丙酮等有机溶剂，分子结构式为：
如图1所示，本发明提供的紫杉醇-抗菌肽偶合物、合成方法、抑制癌症活性的应用包括以下步骤：
S101：对LL-37抗菌肽的二级结构、跨膜区疏水性、C端两亲性、电荷偏倚、螺旋长度、膜蛋白拓扑学等进行分析通过改变抗菌肽螺旋区、折叠区、跨膜结构、信号肽、电荷、疏水区和亲水区氨基酸，获得经分子改造后的新型抗菌肽LL24；
S102：以马来酰亚胺基丙酸作为桥梁，紫杉醇PTXC2OH与Mal脱水缩合形成PTXMal复合物；
S103：在LL-24氨基端添加一个半胱氨酸Cys，使Cys的巯基，SH与PTX-Mal中Mal上双键发生加成反应，最终形成PTX-Mal-C-LL24偶合物PTX-LL24。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
本发明通过生物信息学手段，对LL37抗菌肽一级结构进行分子改造，采用氨基酸替换、缺失等方法提高其疏水性降低溶血性，将LL37改造为具有24个氨基酸的LL24抗菌肽，并与PTX连接，偶合形成PTXLL24化合物，为新型抗癌药物的开发奠定基础。具体包括以下步骤：
1、LL37的分子改造运用
DNAStar软件、TMHMM软件(http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM)、Anthewin4.3软件对LL37抗菌肽的二级结构、跨膜区疏水性、C端两亲性、电荷偏倚、螺旋长度、膜蛋白拓扑学等进行分析通过改变抗菌肽螺旋区、折叠区、跨膜结构、信号肽、电荷、疏水区和亲水区氨基酸，获得经分子改造后的新型抗菌肽LL24其一级结构为NH2LVRKWLRIRQIWFIYFWFLRIQWLCOOH应用固相合成技术合成纯度为90％的LL24抗菌肽。具体步骤如下：(1)称量氯代邻氯苯基二苯基甲烷2CL树脂0.5g，放入反应器中，用二氯甲烷DCM浸泡10min后用N，N二甲基甲酰胺DMF洗涤2次，再用DCM洗涤一次，备用。(2)称量第一个AA【fmocArgPBFoh】(0.5g*0.3mmol/g*1.33＝0.20mmol用DCM溶解，加入0.25mlN，N二异丙基乙胺DIEA摇匀后加入装有树脂的反应器中，摇晃或氮气鼓泡反应90min，反应过程中DCM挥发，需要补加DCM。(3)反应结束后，补加分析级甲醇1ml2mlDCM，封闭反应20min后，DMF洗涤树脂三次；(4)脱FMOC(20％哌啶+80％DMF)，脱保护20min后用DMF洗涤5次，每次30s。取少量树脂100℃茚三酮检测显色。(5)称量下一个氨基酸fmocValoh0.15mmol*3＝0.45mmol0.45mmolHOBT，用DMF溶解加入0.25mlDIC，活化1min加入反应器中反应1h反应结束后取少量树脂检测无色即可，若有颜色需要重复投料6重复步骤(3)和(4)，直到肽链合成结束用甲醇洗涤三次抽干称重，然后加入切割液(95％TFA2％三异丙基硅烷、2％1，2乙二硫醇、1％纯水)比例1g树脂10ml切割液室温裂解2h，后过滤得到裂解液，加入乙醚1ml裂解液：8ml乙醚)摇匀离心得到粗品肽HPLC纯化得到纯度90％LL24精品肽备用。
2、PTXLL24的合成利用有机合成技术，以马来酰亚胺基丙酸(3MaleiMidopropionicacidMal)作为桥梁，紫杉醇PTXC2OH与Mal脱水缩合形成PTXMal复合物，然后在LL24氨基端添加一个半胱氨酸(Cys)，使Cys的巯基(SH与PTXMal中Mal上双键发生加成反应，最终形成PTXMalCLL24偶合物，缩写为PTXLL24)。具体方法如下：(1)称取100mg紫杉醇和4mgDAMP，用10mlDCM溶解，加入圆底烧瓶中冰浴搅拌，再称取40mg马来酰亚胺丙酸用5mlDCM溶解，加入30mgDIC然后滴入到烧瓶中，反应过夜，反应结束后25旋蒸去除DCM得到粗品，纯化制备约得到35mgPTXMal的精品。(2)称取50mgLL24，用乙腈水溶解，放入烧瓶中搅拌，同样用乙腈水溶解30mgPTXMal滴加到烧瓶中，用碳酸氨溶液调节pH值到7.5，搅拌反应30min然后纯化制备得到PTXLL24精品HPLC，MS检测PTXLL24纯度与含量图2和图3。
本发明的PTXLL24的合成路线为：
(a)PTX中的C2′-OH与Mal中的羧基脱水缩合形成PTX-Mal复合物；(b)SH-C-LL-24与PTX-Mal复合物发生加成反应合成PTX-LL-24化合物。
本发明LL-24抗菌肽的获得，应用生物信息学技术，对LL-37的α-螺旋区、β-折叠区、跨膜结构、信号肽、电荷、疏水区和亲水区氨基酸进行分析，将其改造为由24个氨基酸组成的抗菌肽，命名为LL-24，一级结构为：NH2-LVRKWLRIRQIWFIYFWFLRIQWL-COOH，MTT法验证其抑癌活性比PTX强得多；有机合成技术将PTX与LL-24偶联，获得抑癌效果更强的PTX-LL-24复合物。
下面结合实验对本发明的技术效果作详细的描述。
本发明的PTX-LL-24对SW1990人胰腺癌细胞和ME-180人子宫颈表皮癌细胞的抑癌活性，以SW1990和ME-180癌细胞为对象，MTT法研究PTX-LL-24复合物对SW1990和ME-180癌细胞增殖的影响，评价抑癌活性；溶血性实验复合物对正常绵羊红细胞的溶血特性。MTT实验揭示PTX-LL-24化合物对SW1990和ME-180癌细胞增殖的抑制率分别达到89.62％和88.25％，远高于单独使用PTX(24.02％和47.60％)和SAAP-148(80.57％和69.11％)效果(图4)。溶血实验显示50μM浓度的化合物对绵羊红细胞几乎没有溶血性(图5)，镜检发现经化合物处理的SW1990和ME-180癌细胞形态结构发生改变，细胞膜破裂，内容物溢出(图6)。MTT实验方法如下：(1)收集对数期SW1990和ME-180癌细胞，调整细胞悬液浓度，每孔加入100μL，铺板使待测细胞调密度1000-10000/孔；(2)5％CO2，37℃孵育，至细胞单层铺满孔底(96孔平底板)，分别加入1.25，2.5，5，10，20，40μM浓度梯度的LL-24，PTX-LL-24，PTX设置一个10μM浓度，重复四次，每孔100μL；(3)5％CO2，37℃孵育16-48小时，倒置显微镜下观察细胞形态变化；(4)每孔加入10μLMTT溶液(5mg/ml，即0.5％MTT)，继续培养4h。若药物与MTT能够反应，可先离心后弃去培养液，小心用PBS冲2-3遍后，再加入含MTT的培养液；(5)终止培养，小心吸去孔内培养液；(6)每孔加入100μL二甲基亚砜，置摇床上低速振荡10min，使结晶物充分溶解。在酶联免疫检测仪OD490 nm处测量各孔的吸光值。
溶血性实验方法如下：血琼脂平板法，简述如下，将多肽和紫杉醇-多肽偶合物分别倍比稀释至50μM、25μM、12.5μM、6.25μM，紫杉醇稀释至20μM、10μM、5μM、2.5μM。将滤纸用打孔器打成直径6mm的圆片，放至配好的不同浓度的药液中，浸泡2h，取出自然晾干，同时用tween-20处理的滤纸片做阳性对照。按图所示将处理好的滤纸片放在血琼脂平板，37℃孵育3h后观察是否有溶血环。
图5PTX-LL-24化合物浓度分别为6.25μM、12.5μM、25μM、50μM，阳性对照为Tween-20；图6化合物浓度分别为10μM。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种紫杉醇-抗菌肽偶合物，其特征在于，所述紫杉醇-抗菌肽偶合物为PTX-Mal-C-LL-24，分子式为：C47H51NO14-LL-24，分子结构式为：
所述抗菌肽由24个氨基酸组成，命名为LL-24，一级结构为：NH2-LVRKWLRIRQIWFIYFWFLRIQWL-COOH。
2.一种如权利要求1所述的紫杉醇-抗菌肽偶合物的合成方法，其特征在于，所述紫杉醇-抗菌肽偶合物的合成方法应用生物信息学技术，对LL-37的α-螺旋区、β-折叠区、跨膜结构、信号肽、电荷、疏水区和亲水区氨基酸进行分析，将其改造为由24个氨基酸组成的抗菌肽，命名为LL-24，一级结构为：NH2-LVRKWLRIRQIWFIYFWFLRIQWL-COOH，将PTX与LL-24偶联，获得PTX-Mal-C-LL-24复合物。
3.如权利要求2所述的紫杉醇-抗菌肽偶合物的合成方法，其特征在于，所述紫杉醇-抗菌肽偶合物的合成方法包括以下步骤：
第一步，对LL37抗菌肽的二级结构、跨膜区疏水性、C端两亲性、电荷偏倚、螺旋长度、膜蛋白拓扑学进行分析通过改变抗菌肽螺旋区、折叠区、跨膜结构、信号肽、电荷、疏水区和亲水区氨基酸，获得经分子改造后的新型抗菌肽LL-24；
第二步，以马来酰亚胺基丙酸Mal作为桥梁，紫杉醇(PTX)结构中C2′位OH与Mal脱水缩合形成PTX-Mal复合物；
第三步，在LL-24氨基端添加一个半胱氨酸(Cys)，使Cys中的巯基(SH)与PTX-Mal中Mal上双键发生加成反应，最终形成PTX-Mal-C-LL-24偶合物。
4.如权利要求2所述的紫杉醇-抗菌肽偶合物的合成方法，其特征在于，所述紫杉醇-抗菌肽偶合物的合成方法的合成路线为：
5.一种抑制宫颈癌细胞活性的化合物，其特征在于，所述抑制宫颈癌细胞活性的化合物为权利要求1所述的紫杉醇-抗菌肽偶合物；
所述抗菌肽由24个氨基酸组成，命名为LL-24，一级结构为：NH2-LVRKWLRIRQIWFIYFWFLRIQWL-COOH。
6.一种抑制胰腺癌细胞活性的化合物，其特征在于，所述抑制胰腺癌细胞活性的化合物为权利要求1所述的紫杉醇-抗菌肽偶合物；
所述抗菌肽由24个氨基酸组成，命名为LL-24，一级结构为：NH2-LVRKWLRIRQIWFIYFWFLRIQWL-COOH。
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