套索肽是一類由核糖體合成和翻譯后修飾的活性肽（RiPPs），因具有互鎖套索拓撲結(jié)構(gòu)特征而得名。其帶有螺旋結(jié)構(gòu)的C端穿過N端的內(nèi)酰胺環(huán)而形成互鎖套索樣的結(jié)構(gòu)，其中N端的肽環(huán)通常由7 ~ 9個氨基酸組成。大多數(shù)套索肽N末端的氨基酸殘基通常為甘氨酸（Gly）、絲氨酸（Ser）、半胱氨酸（Cys）或丙氨酸（Ala），但近期也發(fā)現(xiàn)了N末端氨基酸為亮氨酸（Leu）的新型套索肽。套索肽大的肽環(huán)在 N-末端的氨基酸的α-氨基與天冬氨酸（Asp）或谷氨酸（Glu）的羧酸側(cè)鏈之間形成。這種結(jié)構(gòu)賦予了套索肽對化學、熱和蛋白酶降解高度的穩(wěn)定性。
套索肽的結(jié)構(gòu)及分類
根據(jù)套索肽所含二硫鍵的數(shù)量和形成的位置不同可將其分為4類，如下圖所示。C 端肽鏈與大肽環(huán)通過2個二硫鍵連接的套索肽被定義為Ⅰ類套索多肽（Class I）；若肽鏈尾在穿出肽環(huán)之后，C 端肽鏈與大肽環(huán)間無二硫鍵連接，而是通過空間相互作用穩(wěn)定套索拓撲結(jié)構(gòu)，則被稱為Ⅱ類套索多肽（Class II）；若肽鏈尾C端方向序列與肽環(huán)之間只形成一個二硫鍵的套索多肽，根據(jù)其二硫鍵形成位置不同，分為Ⅲ類或Ⅳ類套索肽（Class III，Class IV），具體而言，Ⅲ類套索肽的二硫鍵將肽環(huán)與肽鏈尾相連接，而Ⅳ類的二硫鍵僅存在于肽鏈尾。其中，II 類套索肽是目前已知的套索肽中最常見且最 具有特征性的套索肽，通常來源于變形菌，Ⅰ類、Ⅲ類和Ⅳ類套索肽則通常來源于放線菌。來源變形菌的Ⅱ類套索肽通常具有極性親水性，從鏈霉菌中分離出來的Ⅰ類套索肽和Ⅱ類套索肽（如 MccJ25、propeptin 和anantin）則為疏水性，正是這些結(jié)構(gòu)特征決定了套索肽所具有的多種生物活性。
（黃色區(qū)域代表二硫健，來源參考資料[1]）
套索肽的功能應用
至今為止，已有報道稱某些套索肽如鏈霉菌來源的套索肽 Siamycin 等可在糖尿病的治療、靶向與癌癥有關(guān)的受體如內(nèi)皮素 β 受體等中發(fā)揮作用，同時 Microcin J25 也被報道具有抗菌及受體拮抗劑等生物活性。
1、抑菌活性
目前已發(fā)現(xiàn)的大部分套索肽是在變形桿菌和放線菌中合成的，如羊毛硫細菌素、小菌素、微環(huán)素、藍內(nèi)酯和硫肽等。大多數(shù)套索肽都具有抗細菌的作用。許多羊毛硫抗生素對多種革蘭陽性菌具有殺菌作用，有些對耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌（MRSA）、耐萬古霉素腸球菌和耐奧沙西林的革蘭陽性菌等具有較好的活性。套索肽 MccJ25 對于革蘭陰性菌（如大腸埃希菌和沙門菌等）有殺傷作用，同時能夠中和內(nèi)毒素，并通過其免疫調(diào)節(jié)作用抑制炎癥細胞因子的產(chǎn)生；活性肽MccJ25 還可以防止由腸毒素ETEC K88 引起的腸道損傷和炎癥反應，可作為一種新的預防性藥物來減少動物、食品或人類的病原體感染。來源于鏈霉菌屬 Streptomyces sannurensis的套索肽 marinopyrroles A-F 對 MRSA 也具有極強的抗菌活性。目前認為套索肽的抗菌作用主要是通過2 種機制：其一是作用于細菌的細胞膜，在膜上形成離子通道，引起胞內(nèi)物質(zhì)的外漏而殺死細菌；其二是套索肽不破壞細胞膜而進入胞內(nèi)，與胞內(nèi)靶標結(jié)合后抑制其謝，從而殺死細菌。例如，MccJ25 與細菌外膜受體蛋白 FhuA 結(jié)合，進入細菌后抑制 RNA 聚合酶的作用，起到殺菌的作用。
2、受體拮抗劑
來源于Streptomyces sp 的套索肽RES-701-1 是內(nèi)皮素受體ETB 的選擇性拮抗劑。目前某些內(nèi)皮素的肽類拮抗劑由于胃腸道的降解作用而限制了其治療作用，而通過將套索肽 RES-701-1 序列來改造設(shè)計對蛋白水解具有更高穩(wěn)定的肽類拮抗劑成為近年來的研究熱點。由Streptomyces coulescens 產(chǎn)生的套索肽Anantin 是第一個由微生物產(chǎn)生的心房利鈉因子拮抗劑( Atrial natriuretic factor antagonist ANP)。利鈉肽( NPs) 是一種參與維持滲透壓與血管穩(wěn)態(tài)的激素，能引起利鈉、利尿和血管舒張作用，它還顯示出抗纖維化、抗增殖和抗增生作用，并參與心臟和血管系統(tǒng)的重塑。Burkholderia thailandensis 來源的套索肽 BI-32169 是胰高血糖素受體的強拮抗劑，同時也是第一個序列與胰高血糖素非同源的天然肽類拮抗劑，其一級結(jié)構(gòu)與胰高血糖素有很大不同，因此涉及到 BI-32169 的拮抗作用機制目前還不清楚。由于胰高血糖素受體的肽類拮抗劑普遍的低穩(wěn)定性，其在治療方面上的應用也遠遠少于小分子有機物，而套索肽中套索結(jié)構(gòu)及其特殊的結(jié)構(gòu)特性使得其可為開發(fā)新的肽類拮抗劑提高穩(wěn)定性。
3、酶抑制劑
Streptomyces griseoflavus 來源的套索肽 MS-271 是平滑肌肌球蛋白輕鏈激酶(Myosin light chain kinase，MLCK) 的抑制劑，通常肽類抑制劑具有更好的特異性，但由于肽在體內(nèi)的低穩(wěn)定性限制了其應用，而套索肽類抑制劑由于其結(jié)構(gòu)特性所具有的穩(wěn)定性也為 MLCK 抑制劑藥物的研發(fā)提供了新思路。由 Microbispora sp. SNA-115 產(chǎn)生的套索肽propeptin 是一種絲氨酸蛋白酶抑制劑。研究表明，Propeptin 作為絲氨酸蛋白酶抑制劑類已在動物模型中顯示具有保護神經(jīng)、抗遺忘以及認知增強的作用。MccJ25和Capistruin 是由 Proteobacteris 產(chǎn)生的通過抑制RNA 聚合酶(RNAP) 活性從而抑制細菌的套索肽。細菌RNAP(RNA 聚合酶，RNA polymerase) 是抗生素作用的重要靶點，它對細菌的生長和生存至關(guān)重要，同時在細菌中較為保守，使得其可以在不影響真核生物RNAP 的情況下被選擇性靶向。Mukhopadhyay等的研究表明，Mccj25 通過于RNAP 二級通道菌的結(jié)合來阻斷底物與活性中心的作用來抑制轉(zhuǎn)錄。
4、分子支架
目前，肽類藥物被廣泛應用于臨床治療，與小分子藥物相比，它們具有更高的靶向性，并且與以往的基于蛋白質(zhì)的治療相比，它們表現(xiàn)出較低的免疫原性。然而，傳統(tǒng)的多肽藥物由于其溶解度低、生物利用度低、穩(wěn)定性差等特點，其應用往往受到限制。為了解決這一問題，通過將天然產(chǎn)生的具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的套索肽作為一種分子支架用于表位移植開發(fā)肽類藥物成為了其中一個解決方案。在很多腫瘤細胞中，整合素表面αvβ3亞基中的Arginine， Glycine 和 Aspartic(RGD) 是過表達的，用RGD 替換 MccJ25 中的 G12、I13 和G14 形成的雜交肽可用于癌癥識別和治療。RES-701-1具有內(nèi)皮素 B 受體拮抗功能，由內(nèi)皮素和RES-701-1 組成的雜交肽對ETB 的親和力和拮抗作用得到明顯提高。此外，將RGD 序列整合到RES-701-1中可以提高其生物活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過對套索肽環(huán)和尾部區(qū)域進行修飾，可使其獲得新的生物活性。遺憾的是，截至目前，套索支架仍不能通過化學合成方法獲得，只能依賴于套索肽生物合成修飾酶的作用，而套索肽生物合成修飾酶的難于異源表達純化也為這一應用帶來了挑戰(zhàn)。
套索肽是一類由核糖體合成并經(jīng)翻譯后修飾、具有套索結(jié)構(gòu)的天然肽。特殊的拓撲結(jié)構(gòu)賦予該類肽超強的耐理化及蛋白酶水解的穩(wěn)定性。近年來，隨著質(zhì)譜分析等技術(shù)的改進及基因組測序的發(fā)展，對套索肽的序列和結(jié)構(gòu)多樣性得到了充分認識，對于套索肽生物合成機制也有了更深入的了解，但套索肽的生物合成及其合成相關(guān)修飾酶的異源表達純化依然面臨巨大挑戰(zhàn)。若能夠通過化學合成和基因重組對套索肽進行定向修飾改造將進一步拓展套索肽在醫(yī)療領(lǐng)域的應用。
參考資料
[1]成騁,華子春.套索肽——一種可供多肽類藥物設(shè)計和改造的多功能載體[J].藥學進展,2019,43(10):777-785.
[2]李欣芮,陸美玲.套索肽研究進展[J].藥物生物技術(shù),2020,27(06):587-593.
作者簡介：小泥沙，食品科技工作者，食品科學碩士，現(xiàn)就職于國內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事營養(yǎng)食品的開發(fā)與研究。
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