CN117720661A - 一种具有神经保护功效的自组装硫环肽及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有神经保护功效的自组装硫环肽及其制备方法和应用,所述自组装硫环肽包括:依次连接的穿膜肽、半胱氨酸、组装肽、PSD‑95靶向肽、半胱氨酸,且其中两个半胱氨酸通过二硫键相连形成环肽结构。当硫环肽进入损伤神经细胞后,硫环肽中的二硫键在损伤细胞中过量表达的活性氧作用下断裂,从而激活了硫环肽的自组装能力和PSD‑95靶向能力。激活后的硫环肽在靶向PSD‑95蛋白中PDZ结构域的同时,发生原位自组装,进一步增强结合效果,高效抑制PSD‑95与nNOS的结合,实现神经细胞保护的效果。
Description
技术领域
本发明属于生物医药技术领域,涉及一种具有神经保护功效的自组装硫环肽及其制备方法和应用,具体涉及一种具有神经保护功效的自组装硫环肽及其制备方法和在制备预防、缓解或治疗神经损伤或中风的药物中的应用。
背景技术
脑外伤或者中风会导致严重的神经细胞损伤,可导致半身不遂、智力减退等严重后遗症,甚至死亡。现有的神经保护临床药物包括自由基清除剂依达拉奉、PSD-95抑制剂Nerinetide等。PSD是兴奋后突触后膜超级信号分子复合体,是突触发挥传递功能的重要物质。而PSD-95是其中含量最丰富、最重要的蛋白,主要存在于成熟的兴奋性谷氨酸能突触内。PSD-95可以通过两个PDZ结构域,抑制N-甲基-D-天冬氨酸受体/神经元型一氧化氮合酶(nNOS)/PSD-95复合物的形成,从而抑制nNOS介导的细胞毒作用。开发对PSD-95具有高亲和力能够高效保护脑损伤中神经细胞的药物,是临床研究的重点。
多肽体内自组装技术近年来受到极大关注,该技术通过多肽在病灶组织原位自组装,实现了比传统纳米药物更优异的靶向滞留效果。因此,该技术有望在神经损伤治疗中提高对受体的结合能力,实现高效的神经保护效果。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种具有神经保护功效的自组装硫环肽及其制备方法和应用,具体提供一种具有神经保护功效的自组装硫环肽及其制备方法和在制备预防、缓解或治疗神经损伤或中风的药物中的应用。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种具有神经保护功效的自组装硫环肽,所述自组装硫环肽包括:依次连接的穿膜肽、半胱氨酸、组装肽、PSD-95靶向肽、半胱氨酸,且其中两个半胱氨酸通过二硫键相连形成环肽结构。
本发明所涉及的自组装硫环肽的结构如下所示:
一方面,穿膜肽可以帮助硫环肽穿过血脑屏障进入损伤的大脑、高效进入损伤细胞中;另一方面,环肽结构有利于提高多肽在血液中的稳定性,并限制组装肽的组装能力与靶向肽的靶向能力。当硫环肽进入损伤神经细胞后,硫环肽中的二硫键在损伤细胞中过量表达的活性氧作用下断裂,从而激活了硫环肽的自组装能力和PSD-95靶向能力。激活后的硫环肽在靶向PSD-95蛋白中PDZ结构域的同时,发生原位自组装,进一步增强结合效果,高效抑制PSD-95与nNOS的结合,实现神经细胞保护的效果。
优选地,所述组装肽的氨基酸序列为GNNQQNY或KLVFF。
优选地,所述PSD-95靶向肽的氨基酸序列为IETDV或KLSSIESDV。
优选地,所述穿膜肽为TAT,其氨基酸序列为YGRKKRRQRRR。
第二方面,本发明提供根据第一方面所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽的制备方法,所述制备方法包括:
采用多肽固相合成法按照氨基酸的顺序依次将氨基酸原料偶联到树脂上,洗脱,再通入空气使二硫键氧化偶联,得到所述具有神经保护功效的自组装硫环肽。
多肽固相合成技术为本领域常规的技术手段,具有技术成熟、操作简单、产率较高等特点,相关领域的技术人员很容易掌握,并可以在实验室或者工厂实现克级以上规模的批量生产。该制备方法中具体的参数可以由本领域技术人员根据本领域常规方法并结合需要进行常规选择。
第三方面,本发明提供根据第一方面所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽在制备预防、缓解或治疗神经损伤的药物中的应用。
优选地,所述药物的剂型为药剂学上可接受的任意一种剂型。
优选地,所述药物中还含有药学上可接受的辅料。
优选地,所述药学上可接受的辅料包括载体、赋形剂、填充剂、粘合剂、润湿剂、崩解剂、乳化剂、助溶剂、增溶剂、渗透压调节剂、表面活性剂、包衣材料、着色剂、pH调节剂、抗氧剂、抑菌剂或缓冲剂中的任意一种或至少两种的组合。
第四方面,本发明提供根据第一方面所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽在制备预防、缓解或治疗中风的药物中的应用。
优选地,所述药物的剂型为药剂学上可接受的任意一种剂型。
优选地,所述药物中还含有药学上可接受的辅料。
优选地,所述药学上可接受的辅料包括载体、赋形剂、填充剂、粘合剂、润湿剂、崩解剂、乳化剂、助溶剂、增溶剂、渗透压调节剂、表面活性剂、包衣材料、着色剂、pH调节剂、抗氧剂、抑菌剂或缓冲剂中的任意一种或至少两种的组合。
第五方面,本发明提供根据第一方面所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽在制备神经细胞损伤保护制剂中的应用。
根据本发明的研究结果,本发明所涉及的自组装硫环肽能够在细胞水平(体外水平)修复神经细胞损伤,即本发明的自组装硫环肽能被制成一种单纯的试验用制剂,用于探究神经细胞的生理代谢过程或者用于初筛更多的神经修复药物,本发明所要求保护的神经细胞损伤保护制剂并不是用于消除病因或病灶,即是一种以非治疗为目的地在制备神经细胞损伤保护制剂中的应用。
第六方面,本发明提供一种非治疗目的地修复神经细胞损伤的方法,所述方法包括:将神经细胞与有效剂量的第一方面所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽混合孵育。
本发明所要求保护的方法并不是以有生命的人体或动物体为直接实施对象,而是以单纯的神经细胞为直接实施对象,它仅保护的是针对神经细胞(细胞水平),对其进行损伤修复的方式;同时该方法也并不是进行消除病因或病灶的过程,不是直接用于改善人体或动物体健康状况的治疗方法,而是为了用于神经细胞生理代谢行为的理论研究、用于筛选更多的神经修复药物。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明设计的自组装硫环肽中穿膜肽可以帮助硫环肽穿过血脑屏障进入损伤的大脑、高效进入损伤细胞中;环肽结构有利于提高多肽在血液中的稳定性,并限制组装肽的组装能力与靶向肽的靶向能力。当硫环肽进入损伤神经细胞后,硫环肽中的二硫键在损伤细胞中过量表达的活性氧作用下断裂,从而激活了硫环肽的自组装能力和PSD-95靶向能力。激活后的硫环肽在靶向PSD-95蛋白中PDZ结构域的同时,发生原位自组装,进一步增强结合效果,高效抑制PSD-95与nNOS的结合,实现神经细胞保护的效果,为脑损伤的治疗提供了新的治疗策略。
附图说明
图1是本发明所涉及的自组装硫环肽的高效液相色谱(HPLC)检测图;
图2是本发明所涉及的自组装硫环肽的电喷雾电离质谱(ESI-MS)检测图;
图3是本发明所涉及的自组装硫环肽与过氧化氢发生反应前后的透射电子显微镜(TEM)图;
图4是本发明所涉及的自组装硫环肽修复谷氨酸损伤神经细胞模型的统计结果图;
图5是本发明所涉及的自组装硫环肽治疗脑缺血模型大鼠的统计结果图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种具有神经保护功效的自组装硫环肽,其氨基酸序列如下图所示(其中两个半胱氨酸通过二硫键进行连接),
其制备方法为:
(1)10mL多肽合成管中,称取300mg的Rink amide AM树脂(氨基酸装载率为0.35mmol/g),加入8mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF),放入摇床中室温摇晃12小时(2500转/分钟),使树脂充分溶胀,然后用吸滤泵移除DMF。
(2)加入8mL的Fmoc脱保护剂(2%的1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)、5%哌嗪、DMF),在摇床中室温反应10分钟使树脂上的氨基酸脱去Fmoc基团,然后用二氯甲烷和DMF交替洗涤3次。
(3)取少量树脂,加入50μL茚三酮测试液(0.5g茚三酮、0.1g维生素C、20g苯酚、20mL乙醇),煮沸1分钟。如果树脂变为深蓝色或者深紫色,说明Fmoc脱保护成功,可以进行下一步反应;如果颜色无变化则需重复脱保护步骤。然后用二氯甲烷和DMF交替洗涤树脂3次。
(4)称取0.31g的Fmoc-Cys(Trt)-OH、0.20g的苯并三氮唑-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐(HBTU)、0.07g的1-羟基苯并三唑(HOBT),加入8mL偶联剂(5%的N-甲基吗啉、DMF),在摇床中摇晃10分钟。然后将混合溶液加入上述多肽合成管中,在摇床中室温反应1小时。接着用吸滤泵移除多肽合成管中的反应溶液,用二氯甲烷和DMF交替洗涤树脂3次,并取少量树脂于1.5mL塑料离心管中,加入茚三酮测试液煮沸1分钟。如果树脂颜色无变化,说明氨基酸偶联成功;如果变为蓝色或者紫色,说明氨基酸偶联不完全,需要重复该氨基酸的偶联步骤。
(5)重复上述氨基酸偶联的步骤,继续将剩余氨基酸逐一偶联到树脂上。
(6)偶联结束后,用二氯甲烷和DMF交替洗涤树脂3次,甲醇洗3次,并取出树脂置于玻璃烧瓶中。在冰水浴条件下,加入5mL裂解液(4.625mL三氟乙酸、125μL水、125μL乙二硫醇、125μL三异丙基硅烷),搅拌反应2小时将多肽从树脂上裂解下来。然后用滤纸过滤,收集滤液,并用氮气吹滤液至原体积的十分之一。浓缩后的滤液在冷的乙醚中沉降,获得硫肽粗品。
(7)上述硫肽粗品采用半制备液相进行纯化,流动相为纯水和含1%三氟乙酸的乙腈。收集的流动相通过旋转蒸发去除乙腈,并冷冻干燥得到硫肽纯品。
(8)取上述硫肽溶解于PBS缓冲液(pH=8.0),使得最终浓度为2mM。在搅拌条件下,通入空气1h,得到硫环肽。采用半制备液相进行纯化,流动相为纯水和含1%三氟乙酸的乙腈。收集的流动相通过旋转蒸发去除乙腈,并冷冻干燥得到硫环肽纯品。
(9)通过高效液相色谱(HPLC)检测,如图1所示,制得的硫环肽的纯度大于95%。通过电喷雾电离质谱(ESI-MS)测试,如图2所示,验证所得化合物与目标化合物的分子量一致,由此进一步证明上式所示硫环肽的成功制备。
测试例1
本测试例检测实施例1制得的自组装硫环肽的氧化响应自组装性质,包括以下步骤:
(1)配置浓度为200μM的硫环肽PBS(pH=7.2)溶液,以及0.2%的过氧化氢溶液,将上述两个溶液等体积混合,在37℃环境静置4小时。
(2)采用移液器取上述混合液10μL滴加到透射电子显微镜(TEM)铜网表面,同时加入10μL的2%醋酸双氧铀溶液,30秒钟后,用滤纸将TEM铜网表面的溶液吸走。
(3)采用Tecnai G2 Spirit BioTWIN TEM,观察上述TEM铜网,加速电压为120kV。
结果如图3所示,硫环肽在与过氧化氢混合前的微观形貌为球状纳米粒子,与过氧化氢反应后发生二硫键开环,并自组装形成纳米纤维结构。
测试例2
本测试例检测实施例1制得的自组装硫环肽与PSD-95蛋白的亲和力,包括以下步骤:
(1)取SPRi芯片(Chip,表面含47.5nm金),浸泡于37℃的10mM的3,3'-二硫代二丙酸二(N-琥珀酰亚胺)酯(DSP)中1小时。经过纯水冲洗后,浸泡于4℃的1mg/mL的PSD-95中(PBS缓冲液,pH=7.2)12小时。再次纯水冲洗后,用5%的BSA封片。
(2)采用PlexArray HT SPRi系统(Plexera LLC,Bothell,WA)测试多肽与蛋白的亲和力。依次向SPRi芯片注入PBS缓冲液(pH=7.2)稳定信号基线、硫环肽溶液测试亲和力、PBS缓冲液(pH=7.2)进行冲洗、10mM甘氨酸/盐酸缓冲液(pH=2.0-2.5)恢复芯片,测试信号变化。
(3)采用BIAevaluation软件分析收集到的数据,拟合得到亲和力KD值。
结果显示,IETDV、自组装硫环肽、自组装硫环肽+过氧化氢的KD值分别为:14.5μM、1mM、19nM。可见,自组装硫环肽在与过氧化氢反应之后,与PSD-95的结合能力极大增强。
测试例3
本测试例检测实施例1制得的自组装硫环肽对于神经细胞的保护作用,采用谷氨酸损伤的人神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y)模型进行测试。SH-SY5Y培养细胞的条件包括:培养基为含有10%胎牛血清和1%双抗的RPMI 1640培养基,细胞培养箱的环境设定为温度37℃、CO2含量5%。包括以下步骤:
(1)先用20mM的谷氨酸培养SH-SY5Y细胞24小时造成损伤,然后更换含有不同浓度样品(自组装硫环肽、Nerinetide和AVLX-144)的培养基,继续培养24小时。
(2)接着加入10μL的CCK-8试剂,继续培养2小时。并通过酶标仪测定450nm处的吸光值,计算出细胞的存活率(n=6)。
结果如图4所示,硫环肽能够显著提高谷氨酸损伤SH-SY5Y细胞的存活率,且效果优于PSD-95抑制剂Nerinetide和AVLX-144。
测试例4
本测试例检测实施例1制得的自组装硫环肽对于中风模型鼠的治疗效果,包括以下步骤:
(1)采用线栓法大鼠永久性脑缺血模型(PMCAO)进行测试。造模过程包括:将SD大鼠用10%水合氯醛腹腔麻醉后,固定在手术台上。颈部用酒精棉球消毒,沿锁骨正中做竖向切口,长度约3~4cm。分离皮下肌肉组织,钝性分离覆盖于颈总动脉上方的肌肉。当分离出颈总动脉后,用镊子小心分离伴行于颈总动脉的迷走神经,继续小心分离干净动脉周围粘膜组织,分离出的颈总动脉大约1~1.5cm左右。然后在颈总动脉近心端结扎,并在颈总动脉结扎的上端距离颈总动脉分叉处剪一小口,用手术线沿颈总动脉插入颈内动脉。当到达18mm左右时结扎颈内动脉。医用小棉签清理颈部血块,逐层缝合皮肤,酒精棉球消毒,将大鼠放回笼子。
(2)手术结束后60分钟,通过静脉注射器注射样品(自组装硫环肽、Nerinetide和AVLX-144,剂量为50nmol/g体重,n=5)。
(3)手术结束后24小时,采用二氧化碳窒息法处死大鼠,立即取整脑,冠状切成2mm厚片,置于1%红四唑蓝溶液中,37℃染色30分钟,用4%甲醛固定,拍照,统计脑损伤体积。
实验结果如图5所示,相比于生理盐水治疗,硫环肽能够显著减少PMCAO模型鼠脑损伤体积,且效果优于PSD-95抑制剂Nerinetide和AVLX-144。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的一种具有神经保护功效的自组装硫环肽及其制备方法和应用,但本发明并不局限于上述实施例,即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (9)
1.一种具有神经保护功效的自组装硫环肽,其特征在于,所述自组装硫环肽包括:依次连接的穿膜肽、半胱氨酸、组装肽、PSD-95靶向肽、半胱氨酸,且其中两个半胱氨酸通过二硫键相连形成环肽结构。
2.根据权利要求1所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽,其特征在于,所述组装肽的氨基酸序列为GNNQQNY或KLVFF。
3.根据权利要求1或2所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽,其特征在于,所述PSD-95靶向肽的氨基酸序列为IETDV或KLSSIESDV。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽,其特征在于,所述穿膜肽为TAT,其氨基酸序列为YGRKKRRQRRR。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
采用多肽固相合成法按照氨基酸的顺序依次将氨基酸原料偶联到树脂上,洗脱,再通入空气使二硫键氧化偶联,得到所述具有神经保护功效的自组装硫环肽。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽在制备预防、缓解或治疗神经损伤的药物中的应用。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽在制备预防、缓解或治疗中风的药物中的应用。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽在制备神经细胞损伤保护制剂中的应用。
9.一种非治疗目的地修复神经细胞损伤的方法,其特征在于,所述方法包括:将神经细胞与有效剂量的权利要求1-4中任一项所述的具有神经保护功效的自组装硫环肽混合孵育。
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CN202311215024.4A CN117720661A (zh) | 2023-09-20 | 2023-09-20 | 一种具有神经保护功效的自组装硫环肽及其制备方法和应用 |
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