生物活性環肽及其藥學研究進展

張 赫，劉雨琛，張明赫

（1.黑龍江大學生命科學學院，黑龍江哈爾濱 150000；2.黑龍江中醫藥大學第一臨床學院，黑龍江哈爾濱 150040）

在目前在藥物研究方面蛋白質的功能與結構的分析方面出現了革命性的變化。在人類的疾病之中許多疾病治療的靶標便是蛋白中蛋白的相互作用，因為大部分蛋白質相互作用的交界面是平的原因，導致小分子藥物與其特異性緊密結合的難度較大，同時因為小分子無法排除體外的原因，其頻繁代謝物有著一定的毒性，在經過一定時間的積聚后會導致器官出現不良的反應。而蛋白質藥物則與之相反是毒性低且由天然成分而組成的。進幾年以來，對含有大量二酸鍵環狀肽的研究力度逐漸，其主要的原因便是環肽特殊的結構導致環肽對化學、熱、酶有著異常的穩定性，同時肽還是治療應用的高度受限肽。環肽顯著的特征不僅擁有一個頭尾環狀的骨架同時還合并了一個由三個保守二硫鍵所組成的胱氨酸結。然而這兩種特征都不是環肽所特有的，環狀骨架還存在于環孢霉素等天然類的產物之中，而胱氨酸結也存在于轉生長因子之中。環肽則與這兩個不同，是唯一一個同時擁有以上兩個特征的，也正是頭尾狀環骨架與胱氨酸結這兩種特征相互結合的原因讓環肽所產生特有的肽折疊成為了極其穩定的受限肽，并在再藥物開放方面有了研究發展的價值。

1 環肽的結構以及其分類

環肽是屬于植物體內的含有大量二硫鍵的大環肽，大環肽由二十八至三十七個氨基酸殘基的肽鍵頭尾相互連接而形成的。環狀肽的結構與以往傳統線狀含有大量胱氨酸肽的結構又有所不同，環肽與其名字相同為環狀形態，其中的分子出來有著環狀首尾相連的骨架以外還存在六個極其保守的半胱氨酸殘基，分別將六個半胱氨酸殘基標記成I～VI，而與其相對應且相鄰的兩個半胱氨酸殘基的環被標為環一至環六，這些半胱氨酸殘基兩兩間形成了三對二硫鍵。環肽因為這種特殊保守的結構特征而擁有了異常的穩定性，而特殊的環狀半胱胺栓結的構框架上環狀擁有了一個非常堅硬的結構，這一結構對化學變性、熱、酶降解都有著非常大的抗性。

2 環肽的藥學應用

環肽是植物天然的防御功能分子，主要是因為環肽在整個植物組織之中廣泛的表達出了有著抗線蟲、昆蟲以及軟體動物的活性。但是，在發現了環肽有著異常的穩定性之后加大了其相關的研究力度用于藥物設計或者蛋白質工程。而環狀肽在藥學方面進行研究的應用可以按照環狀肽的結構是否置換、置換的程度來進行劃分，大致可以將其分為天然的環肽、點突變環狀肽。

2.1 天然環肽

天然生成的環肽有著溶血、子宮收縮、抗菌、抗腫瘤活性、抗艾滋等等非常多潛在的生物活性。

2.1.1 環狀肽的溶血活性

環肽所具有的溶血活性只有環狀的條件情況下能會擁有，若環肽線性化之后則會失去溶血活性，因此，說明了是否有完整的環狀骨架與溶血活性非常重要。同時環胚的溶血活性也與其氨基酸的組成序列有所關聯，以兩個源自于Viola odorata中的兩個環肽，卻會有著不一樣的溶血活性，雖然兩種環肽之間直只存在于一個氨基酸的差異，但是環肽1是絲氨酸，而環肽2在同一個位置則是丙氨酸，當其中環肽僅僅失去一個羥基溶血活性的改變就回超過三倍。在對于環胚的溶血活性研究時往往更注重的則是如何將溶血活性去掉。一便于使環胚的框架作用于制藥的設計模板。

2.1.2 環肽天然活性中的抗艾滋病病毒活性

在研究環肽所有潛在的天然活性之中，研究的最多、最廣泛便是其中的抗艾滋活病病毒性。以非洲樹皮中的兩種大環肽為例，這兩種大環肽都能夠對不同宿主細胞的艾滋病病毒感染，但是兩類大環肽對靶細胞有著細胞毒性。而在M?bius的亞科中發現了有相類似的艾滋病抑制活性并對靶細胞的毒性相對較低。但是在目前的臨床上環肽沒有被使用與抗艾滋病毒的藥物之中，主要原因還是環肽治療的指數較低。

2.2 點突變環肽

雖然天然的環肽有著以上多個生物學的功能，但是一部分的環肽因為其中有著溶血的活性，導致只醫學治療的領域之中發展使用的條件有限。但是對環肽的結構進行一個最小程度的單點突變，在不影響或不改變環肽結構的異常穩定性與生物活性的情況也，還能夠降低環肽因為有著溶血的活性在制藥方面有限制的問題。所以對單個氨基酸進行探索，探索其對環肽的生物活性與結構完整性的影響，來促進環肽在制藥以及蛋白工程方面的應用十分的重要。以其KB1環肽為例，KB1環肽有著溶血活性與殺蟲活性等在使用丙氨酸掃描時期突變的方法把KB1環肽結構上所有的非半胱氨酸殘基使用丙氨酸替代，以此來研究環肽的結構對其自身活性的影響。發現了環肽我作用方式有著三個亞區：第一亞區則是以Glu-7作為中心的并且與其相鄰近的殘基組成親水面，而這些鄰居的殘基對生物的活性有著非常重要的作用，雖然殘基存在不一樣的環上，但是始終在三維的結構上叢集到一起并此次形成一個生物的活性面這便是親水面，而KB1環肽中的生物活性還由表面主要的親水殘基區來決定的；第二個亞區則是暴露在表面的疏水殘基區，其表面疏水區和膜結合有關，疏水區與生物的活性位于分子中相同的一側；第三個亞區則可修正活性提高區，而提高區則位于疏水區與生物活性面相面的一側。

KB1溶血活性、殺蟲活性與疏水區、親水區的完整程度有所關聯，親水區則主要負責和膜磷脂結合，而疏水區則是插入到膜中的疏水核。若親水區出現突變而疏水區不變，環胚的殺蟲活性與容血活性都會同時的驟減。若是親水區沒有入突變，只需要在其疏水區中引入一個有著高度親水的賴氨酸，與前者相同一樣會引起殺蟲性與溶血性兩種活性出現驟減的情況，主要還是因為其中親水的殘基阻擋了與膜疏水的相互作用而導致生物活性有所損失，與之相反若親水區沒有突變只是在疏水區部分位置引入不一樣的疏水氨基酸，就不會大幅度的減少環胚殺蟲活性，因為丙氨酸屬于疏水氨基酸，它能夠取代疏水區之中的氨基酸不會嚴重的影響到與膜的結合，所以不會對環肽中殺蟲活性功能造成影響只是對環肽中溶血活性有所影響。環肽中溶血活性與其疏水區的大小疏水性有所關聯。若肽的疏水區越大疏水性就越強，而相對的溶血性也會越強。若使用氨基酸對疏水區進行突變破壞其完整性就是讓環肽失去溶血活性。

在通過以上對疏水區進行突變能夠在保持環肽殺蟲活性的同時，大幅度的降低溶血活性。而在殺蟲活性則與抗腫瘤活性的機制相同，所以也能夠有著抗癌的作用。在制藥上使用氨基酸突變將其受限制的溶血活性降到最低，就能夠保證其抗腫瘤的活性會受到太大的影響，這樣一來抗癌環肽制藥進行治療的潛力就可以重新的被挖掘出來。

結語：環肽在如今是一個被多方面注重研究的植物多啊太家族，并且在不斷深入研究的同時也被認為是具有較大潛力的藥物支架。雖然環肽在制藥方面有著相應的潛力，但是因為其自身存在多種不同的活性以及相對應的毒性因素，到目前為止還沒有任何的一種環肽被使用于人體的臨床實驗之中。雖然現在情況并不是很理想，但是這一方面的研究還處于一個初期的起步階段，若是環肽在動物類的實驗之中取得一定的研究結果，那一定會實現使用在人體的臨床試驗之中。