CN112694525B

CN112694525B - 一种小分子多肽及其抗菌抗病毒应用

Info

Publication number: CN112694525B
Application number: CN202011593381.0A
Authority: CN
Inventors: 李富花; 孙明哲; 李诗豪; 于洋
Original assignee: Institute of Oceanology of CAS
Current assignee: Institute of Oceanology of CAS
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2040-12-29
Also published as: CN112694525A

Abstract

本发明涉及一种小分子多肽及其抗菌抗病毒应用。本发明所涉及的小分子多肽具有序列列表中SEQ ID No.1所示的氨基酸序列及结构特征；该小分子多肽衍生自序列列表中SEQ ID No.2所示凡纳滨对虾抗脂多糖因子LvALF8；经对本发明涉及的小分子多肽进行功能活性测试，证实其对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和病毒的生长或增殖均具有很强的抑制作用。

Description

一种小分子多肽及其抗菌抗病毒应用

技术领域

本发明涉及一种小分子多肽及其抗菌抗病毒应用，具体地说是一种合成的来自凡纳滨对虾抗脂多糖因子LvALF8的脂多糖(LPS)结合结构域的环状多肽及其抗菌抗病毒应用。

背景技术

对虾的养殖在我国的水产养殖业中占有重要地位，近些年来，对虾养殖过程中的病害问题已经严重阻碍了其养殖生产的健康发展，抗生素的滥用与环境的恶化使海水养殖动物的病害难以从根本上得到控制。

抗菌肽(蛋白)被认为是鱼、虾、贝等防御细菌、病毒等外源病原感染的重要效应分子，在动物的先天免疫过程中发挥重要作用。目前从甲壳动物中发现的抗菌肽种类繁多，抗脂多糖因子(anti-lipopolysaccharide factor，ALF)就是其中一种重要的抗菌肽。1982年，Tanaka等首次从中国鲎(Tachypleus tridentatus)和北美鲎(Limulus polyphemus)的血细胞中分离得到ALF，并发现其能抑制LPS介导的凝血反应的激活。1985年，Morita等发现ALF还具有很强的抗革兰氏阴性菌活性。之后，人们相继在斑节对虾(Penaeus monodon)、中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)、日本囊对虾(Marsupenaeus japonicus)、凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)、桃红对虾(Farfantepenaeus duorarum)等多种甲壳动物中发现ALF基因的存在，并证实ALF的重组蛋白具有广泛的抗革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌生长的活性。另外，研究还发现对虾白斑综合征病毒(WSSV)预先与重组表达的ALF蛋白一起孵育后再注射入虾体中，能抑制虾体中WSSV的复制。

与传统抗生素的作用机理不同，ALF直接中和细菌细胞壁的脂多糖，溶解细菌，因此不易产生细菌的耐药性。ALF对病毒的作用机理目前仍不清楚。随着抗生素的应用，许多病原菌对现有抗生素逐步产生耐药性，而新型抗生素的发现又极其困难，因此，ALF的研究为开发新型抗菌药物开辟了广阔的前景。

研究发现，ALF氨基酸序列中的两个保守半胱氨酸之间形成二硫键，并与之间的氨基酸序列共同形成一段阴离子多肽，具有与LPS结合的能力，这段保守的结构命名为LPS结合结构域，被认为是ALF降解革兰氏阴性菌细胞壁脂多糖的功能域。2011年，Sachin Sharma等研究了根据锯缘青蟹(Scylla serrata)ALF的LPS结合结构域合成的具24个氨基酸残基的多肽在抗菌免疫过程中作用，发现合成多肽SsALF24具有结合LPS的活性并且对大肠杆菌都具有明显的抑制作用，其最小抑制浓度为16.16～32.32μM(Sharma S,Yedery RD,Patgaonkar MS,Selvaakumar C,Reddy KV.Antibacterial activity of a syntheticpeptide that mimics the LPS binding domain of Indian mud crab,Scylla serrataanti-lipopolysaccharide factor(SsALF)also involved in the modulation ofvaginal immune functions through NF-kB signaling.Microbial pathogenesis 2011；50:179-191.)。基于中国明对虾ALF的LPS结合结构域合成的多肽不但表现出明显的抗菌活性，也具有抗病毒活性(Shihao Li,Shuyue Guo,Fuhua Li,Jianhai Xiang.Functionaldiversity of anti-lipopolysaccharide factor isoforms in shrimp and theircharacters related to antiviral activity.Marine Drugs,2015；13(5):2602-2616.)。

令人感兴趣的是，不同种类的ALF多肽对不同细菌的抑制活性具有明显的差异，提示我们LPS结合结构域因氨基酸组成的不同，其抗菌抗病毒活性差异显著。因此，发掘更多新的LPS结合结构域类型，对于开发更多的抗微生物多肽并对其开发利用具有重要意义。基于此，我们对发现的凡纳滨对虾LvALF8的LPS结合结构域的功能活性进行了研究，利用化学合成的方法合成了环状多肽，研究了其抗菌和抗病毒生物学活性，发现其与已报道LPS结合结构域来源多肽相比具有差异明显的抗菌谱特征，且表现出更广的抗菌谱和更强的抗菌抗病毒活性，具有重要的应用前景。

发明内容

本发明旨在提供一种衍生自凡纳滨对虾抗脂多糖因子LvALF8的小分子多肽，具有明显的抗菌和抗病毒活性。

本发明的技术方案如下：

利用化学合成的方法获得了小分子多肽，具有SEQ ID No.1所示的氨基酸序列，其序列特征为：

SEQ ID No.1：Ac-c(CSYSTRPYFLRWRLKFKSKVWC)-NH₂

所述的小分子多肽序列具有二硫键结构。其结构特征在于：小分子多肽序列氨基端第一个半胱氨酸(C)和羧基端第一个半胱氨酸(C)之间具有二硫键结构；多肽的氨基端C的氨基被乙酰化(Ac-)，羧基端C的羧基被酰胺化(-NH₂)。

所述的小分子多肽，其特征在于：所述的小分子多肽衍生自凡纳滨对虾抗脂多糖因子LvALF8。

所述的凡纳滨对虾抗脂多糖因子LvALF8，其特征为：具有序列列表中SEQ ID No.2所示的氨基酸序列，具体序列为：

MTNLRTPWTHWLTLLLLMATSMMLLSAQEMEDQENYASDIFSNIFNSLVKDGEIELLGHYCSYSTRPYFLRWRLKFKSKVWCPGWTLVYGSASESSSVSNSIQNAIINFIQKAYQEGVITEEDAKPWLQGSH。

所述的小分子多肽具有明显的抗菌抗病毒活性。具体为：对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌及病毒的生长或增殖均具有很强的抑制作用。

所述的小分子多肽可作为抗菌和/或抗病毒的活性成份，可用于制备抗菌和/或抗病毒的药物或制剂中。

本发明有如下优点

1、本发明确定了一种衍生自凡纳滨对虾抗脂多糖因子LvALF8的抗菌抗病毒小分子多肽及其结构特征。

2、通过本发明可开发有效的对虾细菌类和病毒类疾病的防治药物。

附图说明

图1小分子多肽的骨架结构图；

图2小分子多肽的空间结构图；

图3小分子多肽的HPLC纯度检测图；

图4小分子多肽的MS质谱鉴定图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

一种化学合成的具有明显抗菌和抗病毒活性的小分子多肽，其序列及来源序列信息如下：

(1)SEQ ID No.1的信息

(a)序列特征

*长度：22氨基酸

*类型：氨基酸

*链型：单链

*拓扑结构：环形，两个半胱氨酸之间形成二硫键

*空间结构：具有1)图1所示骨架结构：两个半胱氨酸之间通过二硫键相连接，形成环状结构，其中二硫键用黑色表示，C骨架及其它原子其它颜色表示；和2)图2所示空间结构：多肽序列形成两个相连的β折叠结构。

(b)分子类型：蛋白

序列描述：SEQ ID No.1

Ac-c(CSYSTRPYFLRWRLKFKSKVWC)-NH₂

其中括号内的氨基酸为成环的氨基酸，括号外左侧的小写c表示括号内的氨基酸为形成环状结构氨基酸；Ac-表示氨基酸S的氨基被乙酰化；-NH₂表示氨基酸P的羧基被乙酰化。

(2)SEQ ID No.2的信息

(a)序列特征

*长度：132氨基酸

*类型：氨基酸

*链型：单链

*拓扑结构：线性

(b)分子类型：蛋白

序列描述：SEQ ID No.2

MTNLRTPWTHWLTLLLLMATSMMLLSAQEMEDQENYASDIFSNIFNSLVKDGEIELLGHYCSYSTRPYFLRWRLKFKSKVWCPGWTLVYGSASESSSVSNSIQNAIINFIQKAYQEGVITEEDAKPWLQGSH

所述抗菌抗病毒小分子多肽的合成、环化、纯化、鉴定及生物活性分析：

通过人工化学合成途径，利用固相合成方法获得粗品多肽，经固相环化、质谱鉴定和液相色谱纯化获得含有二硫键的合成小分子多肽。具体为：

1)多肽合成

采用9-芴甲氧羰基(Fmoc)合成策略，从C端向N端方向合成。用10mg Rink-Amide-Resin树脂(AAPPTec，货号RRZ001)作为载体，依靠载体本身的活性基团与5mg被Fmoc进行氨基保护的第一个氨基酸(Fmoc-Cys-NH₂)的羧基相连(详细方法参考文献：PanagiotisStathopoulos,Serafim Papas,Vassilios Tsikaris.C-terminal N-alkylated peptideamides resulting from the linker decomposition of the Rink amide resin.A newcleavage mixture prevents their formation.Journal of Peptide Science 2006；12:227-232.)。

用N-甲基毗咯皖酣(NMP)冲洗树脂除去多余保护氨基酸，向反应器(固相合成器)中加入20％哌啶/NMP溶液(体积分数)脱除Fmoc基团，反应20min，排空反应器，用5mL NMP振荡冲洗树脂，重复3次，脱除第一个氨基酸残基的Fmoc保护；裸露出的活性氨基基团与下一个被Fmoc进行氨基保护的氨基酸(5mg)的羧基相连，形成第一个肽键(Cys-Trp)。此段的以上步骤循环进行(不同之处在于：只是每次需采用对应的被Fmoc进行氨基保护的氨基酸)直至多肽序列Ac-CSYSTRPYFLRWRLKFKSKVWC-NH₂合成完毕，得约20mg线性多肽。

2)多肽环化

20mg线性多肽偶联完最后一个氨基酸后，配置0.1mol/L的I₂溶液(I₂溶于体积比1:1的甲醇：DMF混合溶液中)，加入10mL至固相合成器中，氮气吹拂反应，约6小时。

3)多肽纯化和鉴定

用50mL切肽试剂三氟乙酸：苯甲硫醚：苯酚：乙二硫醇：双蒸水(体积比82.5:5:5:2.5:5)将20mg环化后的多肽从载体树脂上裂解下来，2小时后，加入4℃预冷的乙醚100ml使多肽沉淀，离心收集沉淀物，并用乙醚洗涤3遍，真空抽干，得到的多肽粗品经反向液相色谱纯化，纯化后的多肽冻干后进行HPLC纯度检测(图3)和质谱鉴定(图4)。检测HPLC色谱柱为250*4.6mm,Kromasil-C18-5μm；流动相A：0.1％TFA/乙腈,流动相B：0.1％TFA/H₂O；线性洗脱梯度：15％A-100％A；流速为1ml/min，检测波长为220nm；一次进样量为10μl。HPLC和MS检测结果显示，合成小分子多肽的纯度为95.355％，分子量为2894.405，与预测分子量(2894.00)基本一致。

4)抑菌试验

小分子多肽用50mmol/L pH7.4的PBS溶解至浓度为640μmol/L的溶液，同时以50mmol/L pH7.4的PBS为阴性对照。采用最低抑菌浓度(MIC)方法检测合成多肽对革兰氏阴性菌包括副溶血弧菌(Vibrio Parahemolyticus)、溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)、哈维氏弧菌(Vibrio harveyi)、欧文氏弧菌(Vibrio owensii)、美人鱼发光杆菌(Photobacterium damselae)、大肠杆菌(Escherichia coli)和革兰氏阳性菌包括表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、吉氏库特菌(Kurthia gibsonii)的抑菌活性。即：将待测大肠杆菌、表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌和吉氏库特菌分别在37℃，200r/min培养条件下于LB培养基中培养至1×10⁸cells/mL，副溶血弧菌、溶藻弧菌、哈维氏弧菌、欧文氏弧菌和美人鱼发光杆菌培养温度为28℃，200r/min培养条件下于TSB培养基中培养至1×10⁸cells/mL；培养的细菌分别加入到48孔培养板中，用新鲜的LB或TSB培养基将待测菌液稀释稀释至终浓度1×10⁶cells/mL；向48孔培养板中分别加入梯度稀释的小分子多肽溶液至终体积为200μl，小分子多肽终浓度依次为64μmol/L、32μmol/L、16μmol/L、8μmol/L、4μmol/L、2μmol/L和1μmol/L；用PBS作为阴性对照，终浓度58μmol/L的氨苄青霉素(大肠杆菌、藤黄微球菌、溶壁微球菌)或88μmol/L的卡那霉素(鳗弧菌)分别作为阳性对照；在37℃或28℃条件下培养3h后，分别加入300μl新鲜LB或TSB培养基，继续培养18h，测定每孔中细菌的OD600吸光值，计算细菌浓度。

结果表明：对革兰氏阴性菌，1-2μmol/L的小分子多肽能够有效抑制副溶血弧菌、溶藻弧菌或欧文氏弧菌的生长，2-4μmol/L的小分子多肽能够有效抑制哈维氏弧菌或美人鱼发光杆菌的生长，4-8μmol/L的小分子多肽能够有效抑制大肠杆菌的生长；对革兰氏阳性菌，2-4μmol/L的小分子多肽能够有效抑制表皮葡萄球菌的生长，4-8μmol/L的小分子多肽能够有效抑制金黄色葡萄球菌或吉氏库特菌的生长。说明小分子多肽具有较强的抗革兰氏阳性菌和阴性菌的活性。

5)病毒中和实验

按实施例抑菌试验步骤用PBS溶解小分子多肽，用终浓度64μmol/L的合成多肽在室温下与WSSV(white spot syndrome virus，白斑综合症病毒)孵育2h；用相同浓度的无关多肽(相同长度的绿色荧光蛋白GFP肽段)作为阴性对照在相同条件下孵育WSSV，孵育后的WSSV分别注射凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)，每尾虾的注射量为5000拷贝WSSV粒子；注射24h后取凡纳滨对虾游泳足，采用天根生化科技有限公司的DNA提取试剂盒(货号：DP324)提取总DNA；梯度稀释WSSV作为标准品，利用WSSV拷贝数检测引物对VP28rF(5’-AAACCTCCGCATTCCTGTGA-3’)和VP28rR(5’-TCCGCATCTTCTTCCTTCAT-3’)，采用实时荧光定量PCR技术分别扩增标准品和待测对虾DNA样品中VP28基因的表达量(详细检测方法参考文献：Yumiao Sun,Fuhua Li,Jianhai Xiang.Analysis on the dynamic changes of theamount of WSSV in Chinese shrimp Fenneropenaeus chinensis duringinfection.Aquaculture 2013；376-379:124-132.)，然后换算成待测对虾DNA样品中WSSV的拷贝数。

结果表明，小分子多肽处理组的WSSV拷贝数为7.02×10⁴/ng DNA，而GFP阴性对照组的WSSV拷贝数为2.87×10⁵/ng DNA，处理组中WSSV的拷贝数明显低于对照组，说明小分子多肽具有明显抗病毒活性。

该小分子多肽的发现及活性鉴定，在新型抗菌病毒药物开发上具有重要应用前景。

序列表

<110> 中国科学院海洋研究所

<120> 一种小分子多肽及其抗菌抗病毒应用

<160> 2

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 22

<212> PRT

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 1

Cys Ser Tyr Ser Thr Arg Pro Tyr Phe Leu Arg Trp Arg Leu Lys Phe

1 5 10 15

Lys Ser Lys Val Trp Cys

20

<210> 2

<211> 132

<212> PRT

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 2

Met Thr Asn Leu Arg Thr Pro Trp Thr His Trp Leu Thr Leu Leu Leu

1 5 10 15

Leu Met Ala Thr Ser Met Met Leu Leu Ser Ala Gln Glu Met Glu Asp

20 25 30

Gln Glu Asn Tyr Ala Ser Asp Ile Phe Ser Asn Ile Phe Asn Ser Leu

35 40 45

Val Lys Asp Gly Glu Ile Glu Leu Leu Gly His Tyr Cys Ser Tyr Ser

50 55 60

Thr Arg Pro Tyr Phe Leu Arg Trp Arg Leu Lys Phe Lys Ser Lys Val

65 70 75 80

Trp Cys Pro Gly Trp Thr Leu Val Tyr Gly Ser Ala Ser Glu Ser Ser

85 90 95

Ser Val Ser Asn Ser Ile Gln Asn Ala Ile Ile Asn Phe Ile Gln Lys

100 105 110

Ala Tyr Gln Glu Gly Val Ile Thr Glu Glu Asp Ala Lys Pro Trp Leu

115 120 125

Gln Gly Ser His

130

Claims

1.一种小分子多肽，其特征在于：其氨基酸序列如序列列表中SEQ ID No.1所示的氨基酸序列；

所述的小分子多肽SEQ ID No.1：Ac-c(CSYSTRPYFLRWRLKFKSKVWC)-NH₂。

2.一种权利要求1所述的小分子多肽在制备抑制革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌或病毒的药物或制剂中的应用。