1類(lèi)肽結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展

N-取代的甘氨酸的低聚物，也即類(lèi)肽代表了用于研究生 物分子現(xiàn)象的一類(lèi)通用的擬肽類(lèi)高分子材料。類(lèi)肽具有吸引 力的原因至少有3個(gè)，其中包括:①它們易于合成﹔②它們的 蛋白水解穩(wěn)定性﹔③可以納入其酰胺側(cè)鏈的多種非天然官能 團(tuán)。這些特征促使類(lèi)肽作為探測(cè)多種生物過(guò)程的工具和作為 治療劑的發(fā)展，最近的例子包括類(lèi)肽衍生的轉(zhuǎn)錄因子模擬物， 蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用抑制劑，抗微生物劑，肺表面活性劑 模擬物。這些研究中的大多數(shù)是類(lèi)肽功能與類(lèi)肽結(jié)構(gòu)之間的 聯(lián)系"。

對(duì)于某些應(yīng)用，類(lèi)肽折疊得很好，這對(duì)于類(lèi)肽的活性是 必不可少的。結(jié)構(gòu)上，與α肽主鏈相反，類(lèi)肽主鏈既缺乏手 性中心又沒(méi)有氫鍵供體，與簡(jiǎn)單的叔酰胺異構(gòu)體相結(jié)合，將 會(huì)降低類(lèi)肽鏈的構(gòu)象剛度。實(shí)施更可預(yù)測(cè)的類(lèi)肽折疊的一種 策略是將手性中心或氫鍵供體“重新安裝”到類(lèi)肽側(cè)鏈中， 前一種方法對(duì)于類(lèi)肽螺旋的構(gòu)建特別有用2。即，將R-手性 包含在內(nèi)，類(lèi)肽中的芳族或R-手性脂肪族酰胺側(cè)鏈可增強(qiáng)螺 旋構(gòu)象，這使人聯(lián)想起Ⅰ型多脯氨酸螺旋，每匝具有所有順式 酰胺鍵和三個(gè)殘基。

類(lèi)肽螺旋的合成已經(jīng)被很多研究所報(bào)道，并已通過(guò)計(jì)算 技術(shù)，圓二色性（CD）光譜，X射線晶體學(xué)和2D NMR進(jìn)行 了結(jié)構(gòu)表征。大多數(shù)類(lèi)肽螺旋是主要由(S）-N-(1-苯乙基） 甘氨酸單元組成Nspe)，通常通過(guò)診斷性CD光譜進(jìn)行識(shí)別， 其特征在于192、202和218nm處的峰。通過(guò)分析各種長(zhǎng)度和 組成的Nspe型寡聚體，類(lèi)肽螺旋的合成逐漸形成了一套預(yù)測(cè) 規(guī)則。簡(jiǎn)而言之，包含50%R-手性側(cè)鏈的低聚物或沿著螺旋 的縱向面延伸的“芳族面”（即，以3次折疊為一個(gè)周期的模 式的芳族側(cè)鏈）預(yù)計(jì)會(huì)形成最穩(wěn)定的螺旋，并且當(dāng)C末端殘 基為R-手性且寡聚物長(zhǎng)度超過(guò)12個(gè)殘基時(shí)，類(lèi)肽螺旋將進(jìn) 一步穩(wěn)定。在最近設(shè)計(jì)的各種天然R肽螺旋的擬肽模擬物中， 這些規(guī)則已被證明是有價(jià)值的5。

通過(guò)仔細(xì)研究類(lèi)肽螺旋，Barron及其同事發(fā)現(xiàn)了一種新 的類(lèi)肽結(jié)構(gòu)─螺紋環(huán)結(jié)構(gòu)，到目前為止，類(lèi)肽螺旋是類(lèi)肽中唯 一已知的定義二級(jí)結(jié)構(gòu)，這一發(fā)現(xiàn)意義重大。發(fā)現(xiàn)R手性芳族側(cè)鏈的擬肽九聚體(Nspe)，(三氟乙酸鹽)在乙腈中顯示 出獨(dú)特的CD標(biāo)記，在203nm處有一個(gè)明顯強(qiáng)度的寬峰。進(jìn) 一步分析的結(jié)果表明它是一種新型類(lèi)肽環(huán)狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)從主 鏈羰基到N末端仲銨的三個(gè)分子內(nèi)氫鍵和從主鏈羰基到C末 端伯酰胺的-一個(gè)分子內(nèi)氫鍵使這一類(lèi)肽環(huán)狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 與類(lèi) 肽螺旋相反，螺紋環(huán)結(jié)構(gòu)具有四個(gè)順式和四個(gè)反酰胺鍵。由 于只有Nspe九聚體和具有緊密相關(guān)的R-手性殘基的九聚體 能夠形成帶螺紋的環(huán)，因此這種低聚物的長(zhǎng)度似乎可以使其 自身緊密并形成四個(gè)分子內(nèi)氫鍵。的確，Nspe 五聚體到八聚 體，到更長(zhǎng)的Nspe低聚物，都顯示出更高傾向的螺旋形成過(guò)程， 這表明對(duì)于九個(gè)殘基長(zhǎng)的類(lèi)肽來(lái)說(shuō)，形成螺紋環(huán)所必需的分 子接觸，也即分子內(nèi)氫鍵方向和數(shù)目都是獨(dú)特的。值得注意 的是，可以通過(guò)添加能夠破壞分子內(nèi)氫鍵的溶劑(例如甲醇) 將擬肽九聚體(Nspe) ,中的帶螺紋的環(huán)轉(zhuǎn)化為螺旋。

除了帶螺紋的環(huán)和螺旋以外，最近還報(bào)道了類(lèi)肽中的旋 轉(zhuǎn)模體，可以通過(guò)大環(huán)化或通過(guò)引入誘導(dǎo)三唑的單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。 這些模體無(wú)疑擴(kuò)大了已知的類(lèi)肽結(jié)構(gòu)的范圍。但是，還需要 進(jìn)行更多的研究，以擴(kuò)大對(duì)類(lèi)肽折疊成螺旋，環(huán)，匝和其他 距離所必需的分子水平相互作用的理論研究。

2聚類(lèi)肽的功能研究

2.1阿爾茲海默癥的診斷

阿爾茨海默病(AD)是一種神經(jīng)退行性疾病，它是最常 見(jiàn)的癡呆癥，估計(jì)全世界有1300萬(wàn)人受到影響。雖然這種疾 病的確切機(jī)制尚不完全清楚，但β淀粉樣蛋白(Ab) 的聚集 似乎起著重要作用。不同長(zhǎng)度的Ab肽(通常為1-40和1-42) 是淀粉樣前體蛋白的裂解產(chǎn)物，在AD大腦中聚集并形成不溶 性斑塊。這些斑塊的鑒定以及神經(jīng)纖維纏結(jié)和神經(jīng)元丟失是 目前對(duì)AD的明確且唯一被完 全接受的診斷依據(jù)。然而，最近 的報(bào)告表明，較小的可溶性Ab寡聚體更可能是疾病的致病因 子。然而，寡聚體參與AD發(fā)病機(jī)制的確切身份仍然是個(gè)謎， 它的化學(xué)成分也沒(méi)有明確的定義。AD的一個(gè)統(tǒng)-特征是腦實(shí) 質(zhì)中存在含有Ab42的斑塊。此外，Ab42似乎更容易產(chǎn)生淀粉 樣蛋白，并且在斑塊中發(fā)現(xiàn)的頻率更高，盡管它的生理濃度 要低得多。已知幾個(gè)與家族型AD相關(guān)的早老素突變可增加 Ab42裂解產(chǎn)物的產(chǎn)生，進(jìn)-步的研究證明了這種Ab肽在發(fā) 病機(jī)制中的作用。因此，- -般認(rèn)為介導(dǎo)AD的細(xì)胞毒性寡聚物 由Ab42肽組成4.

雖然這種體內(nèi)生成的寡聚物的精確構(gòu)象尚不清楚，但一些證據(jù)表明聚集蛋白具有許多結(jié)構(gòu)特性。例如，由不同蛋白質(zhì) 組成的淀粉樣纖維具有相似的交叉β結(jié)構(gòu)，允許結(jié)合許多化 合物，如硫黃素T和剛果紅來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。因此，Zuckermann 和他的同事開(kāi)發(fā)了一系列聚類(lèi)肽，用于從血漿中選擇性捕獲 Ab42，從而達(dá)到阿爾茲海默癥的早期診斷。Ab寡聚物的捕獲 劑的合成是通過(guò)馬來(lái)酰亞胺化學(xué)法將硫基化ASR1衍生物與 Dynal M270羧基微珠進(jìn)行化學(xué)偶聯(lián)，生成聚集物專(zhuān)用試劑1(ASR1）微球從而得到的。ASR1是一種聚集特異性試劑，它 優(yōu)先結(jié)合聚集蛋白而不是單體蛋白質(zhì)。ASR1也是一種聚類(lèi)肽， 含有N-取代甘氨酸的類(lèi)肽組分，已證明其對(duì)體液中常見(jiàn)酶的 蛋白水解消化具有抵抗力。ASRI序列來(lái)源于一種玩體肽，該 肽具有很強(qiáng)聚集的玩體的能力。ASR1可以從含有過(guò)量正常折 疊的玩體的溶液中捕獲微小數(shù)量的不溶性聚集寡聚物。由于 淀粉樣聚集物具有相似的交叉β-片狀結(jié)構(gòu)，它們共享由淀粉 樣結(jié)合分子如剛果紅和硫黃素T以及構(gòu)象特異性抗體所共同 識(shí)別的構(gòu)象表位。結(jié)果表明，ASR1能識(shí)別聚集蛋白的常見(jiàn)結(jié) 構(gòu)表位，而不是玩體聚集體特有的表位。

2.2表面活性蛋白C的仿生合成

自從外源性肺表面活性物質(zhì)廣泛應(yīng)用于新生兒呼吸窘迫 綜合征以來(lái)，早產(chǎn)兒的存活率和呼吸系統(tǒng)的發(fā)病率都有了顯 著的提高。盡管動(dòng)物源性表面活性劑制劑有效，但在使用過(guò) 程中仍存在一些問(wèn)題和困難。這促使了對(duì)合成表面活性劑制 劑的研究。然而，到目前為止，臨床上沒(méi)有一種合成制劑能 像天然材料那樣有效。這很大程度上是因?yàn)橐郧暗暮铣芍苿?缺乏肺表面活性物質(zhì)系統(tǒng)疏水蛋白SP-B和SP-C的類(lèi)似物， 這兩種蛋白是關(guān)鍵的功能成分。因此，最近的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向 開(kāi)發(fā)新一代的合成仿生表面活性劑，這種表面活性劑含有合 成類(lèi)肽和模擬肺表面活性物質(zhì)的疏水蛋白部分。

盡管SPC的結(jié)構(gòu)看似簡(jiǎn)單，但由于其極強(qiáng)的疏水性和結(jié) 構(gòu)不穩(wěn)定性，使有效的SP-C類(lèi)似物的制備變得非常復(fù)雜。從 大自然中汲取靈感，兩種有希望的仿生方法已經(jīng)導(dǎo)致了設(shè)計(jì)合 理的生物聚合物的產(chǎn)生，這些聚合物重現(xiàn)了SP-C的許多分子 特征。第一種方法利用詳細(xì)的SP-C構(gòu)效關(guān)系和氨基酸折疊傾 向來(lái)創(chuàng)建基于肽的類(lèi)似物SP-C33。在SPC33中，有問(wèn)題的亞 穩(wěn)聚纈氨酸螺旋被結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的聚亮氨酸螺旋取代，并包含一 個(gè)位置良好的正電荷以防止聚集。SP-C33結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，消除了 天然蛋白的締合傾向。第二種方法遵循相同的設(shè)計(jì)考慮，但 使用非天然、多取代的甘氦酸或“類(lèi)肽”支架來(lái)規(guī)避與SP-C

相關(guān)的困難。通過(guò)在非天然主鏈中加入獨(dú)特的仿生側(cè)鏈，類(lèi) 肽模擬獲得了SP-C的疏水特性及其螺旋結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)。盡管 結(jié)構(gòu).上存在差異，但SP-C33和SP-C蛋白樣蛋白模擬物都捕 捉到了SP-C的許多必要特征。在表面活性劑環(huán)境中，這些類(lèi) 似物還可以復(fù)制功能性仿生表面活性劑治療所需的許多關(guān)鍵 表面活性，同時(shí)克服與天然蛋白質(zhì)相關(guān)的困難。這些仿生表 面活性劑制劑具有更好的穩(wěn)定性、更大的生產(chǎn)潛力和消除可 能的致病性污染，不僅為改善呼吸窘迫綜合征的治療提供了 潛力，而且也為治療其他呼吸相關(guān)疾病提供了機(jī)會(huì)F1。

3展望

本文綜述了- -類(lèi)新型非天然高分子材料聚類(lèi)肽的結(jié)構(gòu)及 其在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。與多肽和其他生物衍生聚合物相比，聚 類(lèi)肽在穩(wěn)定性、加工性和合成效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。聚類(lèi) 肽是一種側(cè)鏈控制的聚合物體系，它可以生成具有廣泛化學(xué) 和物理性質(zhì)的聚合物。由于合成類(lèi)肽缺乏手性和主鏈中的氫 鍵供體，因此只能提供簡(jiǎn)單和自由的設(shè)計(jì)，使其成為研究不 同原理和探索新材料性能的理想快速成型系統(tǒng)。同時(shí)類(lèi)肽也 是一種仿生材料，能夠在水中折疊成特定的蛋白樣形狀，并 表現(xiàn)出強(qiáng)大的生物活性。聚類(lèi)肽結(jié)合了蛋白質(zhì)和聚合物的優(yōu) 點(diǎn)，是發(fā)現(xiàn)高功能生物材料的理想選擇。

聚類(lèi)肽的-一個(gè)主要特征是，亞單體合成方法允許從一組 極為不同的側(cè)鏈官能團(tuán)(從容易獲得的試劑中衍生)高效地 合成具有精確單體序列的高分子聚類(lèi)肽材料。精確的序列控 制和在特定位置引入大量功能單體的能力使得通過(guò)改變單個(gè) 側(cè)鏈就可以方便地控制和微調(diào)分子內(nèi)和分子間的相互作用。 這些特性使聚類(lèi)肽成為醫(yī)學(xué)研究中一個(gè)新的平臺(tái)。

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