点击化学合成高选择性、可抵抗多重耐药菌的抗菌肽多糖聚合物

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自上世纪30年代起，抗生素的发现挽救了无数人的生命。然而近年来，由于对抗生素的不当使用导致病菌耐药性的急剧滋生，可以对抗多种抗生素的“超级细菌”的出现，迫切需要我们开发可对抗多重耐药菌的新型抗菌药物。通过破坏细菌细胞质膜的抗菌肽（AMP）被认为是可以在“后抗生素时代”与超级细菌作斗争的潜在新药。然而人工合成的抗菌肽虽然具有优异的抗菌活性，但往往具有较高的哺乳动物细胞毒性和较低的选择性，阻碍了它们在生物医学领域的应用。为了弥补其不足，西北工业大学黄维院士团队李鹏教授课题组近期通过点击化学设计和合成了一类具有高选择性的阳离子抗菌肽多糖聚合物，可以在保持与原有抗菌多肽相当的抗菌活性的同时，大大降低溶血毒性。此外，该肽多糖聚合物还具有不诱导病菌耐药性、低细胞毒性等优点，并且在一个小鼠急性全身细菌感染脓毒症模型中展现了其在生物医学领域的应用前景。这一成果近期发表在Biomacromolecules上（DOI：10.1021/acs.biomac.9b00179）。

为了克服传统合成抗菌多肽的高毒性和较低选择性等问题，李鹏教授课题组关注和研究存在于微生物细胞壁中的肽聚糖及其模拟物（肽多糖），并取得了系列成果（Adv. Mater., 2012, 24(30): 4130-4137、Polym. Chem., 2017, 8(7): 3788-3800）。本研究中，科研人员合成了一系列具有不同疏水和亲水（阳离子）氨基酸比例的、不同葡聚糖分子量的以及不同接枝度的肽多糖聚合物。这些肽多糖聚合物分子与微生物细胞壁中的肽聚糖结构相似，具有优异的广谱抗菌性能，对革兰氏阳性菌（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌）、革兰氏阴性菌（大肠杆菌、铜绿假单胞菌）以及真菌（白色念珠菌）具有广谱的抗菌性能（最小抑菌浓度31.25-250 μg·mL^-1）。另外，所接枝的多肽分子由N-羧基-α-氨基酸酐（NCA）阴离子开环聚合法制备，接枝过程由巯基-烯（Thiol-ene）点击化学实现，其方法简单便捷、可以实现大规模的模块化制备（图1）。

图1.Dex_L-g-K_12.5F_12.5-50％肽多糖的合成及抗菌作用。（来自Biomacromolecules）

本研究中，生物活性综合评价最好的肽多糖Dex_L-g-K_12.5F_12.5-50％，在保持与原有抗菌多肽相当的抗菌活性(MIC = 31.25 μg·mL^-1)的同时，大大降低了溶血活性，拥有高达222的选择性，是对应抗菌多肽的200多倍。

图2. 不同浓度下的溶血活性:（a）抗菌多肽及系列抗菌肽多糖，（b）葡聚糖，（c）抗菌肽多糖，（d）抗菌多肽。（来自Biomacromolecules）

除了优秀的抗菌活性、较低的溶血毒性与优秀的选择性外，Dex_L-g-K_12.5F_12.5-50％相比传统抗生素（阿米卡星），不易诱导MRSA的耐药性（图3），并且对小鼠成肌细胞（C2C12）表现出良好的生物相容性（图4）。

图3. 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）在多次亚MIC暴露下对不同抗菌物质（阿米卡星、Dex_L-g-K_12.5F_12.5-50％）MIC的变化。（来自Biomacromolecules）

图4 体外生物相容性研究（a）细胞增殖试验，小鼠成肌细胞（C2C12）在不同剂量的Dex_L-g-K_12.5F_12.5-50％存在下培养1、3和5天（b）相对于对照组的活力百分比；（c）DMEM（对照）或在1000 μg·mL^-1 Dex_L-g-K_12.5F_12.5-50％存在下孵育的小鼠成肌细胞（C2C12）在第1、3和5天的LIVE / DEAD荧光图像（比例尺：200μm）。（来自Biomacromolecules）

另外，在本研究中，研究人员还通过一个小鼠急性全身细菌感染脓毒症模型展现了其在生物医学领域的应用前景。研究表明，肽多糖Dex_L-g-K_12.5F_12.5-50％能有效地阻止脓毒症的感染（图5）。

图5 Dex_L-g-K_12.5F_12.5-50％在细菌性脓毒症中的治疗功效（a）小鼠的Kaplan-Meier生存分析，每组9只，用200 μL 10⁸ CFU·mL^-1的大肠杆菌腹腔注射，然后给予200 μL生理盐水或Dex_L-g-K_12.5F_12.5-50％（250 μg·mL^-1）（b）9只存活小鼠的6天体重变化（c）注射后48小时存活小鼠体重变化（d）实验8小时后小鼠器官比较 （使用单因素方差分析和多重比较计算统计学显著性）（** p <0.01）。（来自Biomacromolecules）

南京工业大学硕士研究生陈赟是该成果的第一作者，李鹏教授为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划（2018YFC1105402和2017YFA0207202）、国家自然科学基金（21875189）、江苏省重点研发计划（BE2017740）等基金的资助。

全文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.biomac.9b00179

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