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2018全球硬科技创新大会生物技术论坛

一种新型细胞渗透性多肽嵌合物有望被开发 用于促进伤口愈合

2018/11/19 来源:生物谷
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导读
近年来,细胞穿透肽作为药物运输载体引起了科学家们极大的兴趣,其或能帮助开发新型治疗性制剂或化妆品,通常情况下,分子量大于500Da的化合物几乎都无法穿过生物膜,在最近的一项研究报告中,研究人员将一种促进伤口愈合的序列与细胞渗透肽类共价结合,来改善药物在细胞膜中的运输效率,在细胞内化研究中,研究者发现,细胞所摄入的新型肽类能够共轭进入角蛋白细胞中,从而就能在良好的耐受情况下明显改善药物的运输状况。

本文转载自“ 生物谷”。


图片来源:Scientific Reports, doi:10.1038/s41598-018-34684-1.

这项研究中,研究人员分析了一种新型的多肽嵌合体(Tylotoin-sC18*)在治疗创伤愈合上的作用效果,研究结果表明,多肽与(Tylotoin的融合并不会诱发其活性的损失,此外,研究者还观察到了其增殖对于角蛋白细胞的影响,这或许是机体伤口愈合的重要一步,Tylotoin-sC18*能表现出较强的抗菌活性,其能有效抑制伤口处的细菌感染,由于具有多种功能,因此研究者就推测,这种新型多肽嵌合体是否能用来治疗机体的伤口感染;相关研究结果刊登于国际杂志Scientific Reports上。

烧伤或疾病引起的皮肤损伤往往需要进行有效的伤口治疗,而通过皮肤来运输治疗性和活性分子引起了科学家们的极大关注,而皮肤细胞膜的不渗透性往往是难以克服的障碍,因此,在过去10年间,科学家们所发现的细胞渗透性多肽分子(cell penetrating peptides,CPPs)或许有望作为一种新方法来跨越生物膜运输大型分子。

CPPs分子结构相对较短,其由携带正电荷且不足40个氨基酸分子组成,这些序列能够通过细胞膜携带静电或共价结合的生物活性物质,包括质粒DNA、siRNA和治疗性蛋白,在这种情况下,提出细胞内化的机制或许就包括内吞过程和通过孔隙直接进行转位的过程,但目前研究人员并不清楚诱发分子运输的因素和相应机制。

近些年来,科学家们通过大量研究利用CPPs来作为新型的经皮给药系统为化妆品工业提供安全的可替代品,比如在治疗炎性皮肤病的疗法中,环孢素A厂能够吸附到聚精氨酸-7上形成R7-CsA,直到最近研究人员才将CPPs的四个结构类别与人类表皮生长因子(hEGF)相结合形成融合蛋白作为一种伤口愈合制剂。

这项研究中,研究者Horn及其同事通过研究成功将具有细胞渗透特性的肽类sC18与伤口愈合肽类序列Tylotoin相结合,研究人员在黑棕疣螈(Tylototriton verrucosus)的皮肤中鉴别并分离到了短肽Tylotoin;随后研究人员评估了这种耦合物对角蛋白细胞和癌细胞系的毒性作用,来观察细胞的内化行为,以及这些肽类在体外对伤口愈合的影响。

随后研究者合成出了含有Tylotoin和CPP sC18的嵌合肽类,本文研究还包括一种sC18的缩短版本,其C末端sC18*缺少四种氨基酸,CPP能将C或N端融合到Tylotoin上形成四种肽类的嵌合体;研究人员还利用圆二色谱技术确定了这种肽类的次级结构。为了消除这种潜在伤口愈合制剂的毒性作用,研究人员调查了这种肽类在人类永生角蛋白细胞(HaCaT)的细胞活性,研究结果表明,Tylotoin-sC18*、Tylotoin和sC18对角蛋白细胞并没有毒性效应。在随后的实验中,研究者利用了一种名为巨大单膜小泡(giant unilamellar vesicles,GUVs)的人工膜系统在分子水平下研究了细胞进入的初始步骤,GUVs由兼性离子脂质组成(确保更好的细胞兼容性),这项研究中研究者发现,新型肽类并不会在中性GUVs的膜上明显积累,相比之下,当利用荧光标记的蛋白来孵育阴离子GUVs时,Tylotoin-sC18*与阴离子脂质膜的相互作用会导致染料明显释放来对整个囊泡进行完全染色。

为了检测Tylotoin-sC18*对伤口愈合的影响效应,研究者进行了一种刮伤愈合分析(scratch wound healing assay),并观察了角蛋白细胞的迁移;当Tylotoin-sC18*存在时,皮肤刮伤后角蛋白细胞迁移到伤口区域会明显增加30小时,此外研究人员还在人类表皮生长因子(hEGF)中观察到了类似的研究结果,研究人员所开发的新型嵌合肽类具有与Tylotoin和hEGF相当的迁移效率。

此外,研究人员还在HeLa细胞中分析了这种新型肽类耦合物的行为,以此来理解其对癌细胞系的影响,与对照肽类相比,CF标记Tylotoin-sC18* 的HeLa细胞能对染料表现出较高的吸收效果;本文研究结果还表明,Tylotoin-sC18*诱导的癌细胞的活力会降低,即使在较低的浓度下也能够提示出这种肽类所具有的潜在抗癌活性。

本文研究中,研究人员评估了细胞胞吞作用的抑制现象以及其HaCaT细胞吸收Tylotoin-sC18*的影响,为了建立细胞胞吞作用的抑制条件并限制能量依赖途径,HaCaT细胞会与Tylotoin-sC18*在4度下孵育,虽然研究者观察到了肽类进入细胞的能力,同时其能稳定定位到细胞核中,从而就建立了肽类嵌合体能通过易位直接内化的假设。

此外,Tylotoin与sC18*的融合并不会损伤Tylotoin内在的伤口愈合能力,正如研究者们观察的那样,嵌合肽类能通过诱导角蛋白细胞的迁移和增殖,从而增加体外创伤面的愈合能力,当加上抗菌性能后,这种新型的细胞可渗透性嵌合肽类—Tylotoin-sC18*就能作为新型的局部制剂来治疗感染性的伤口。

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