生物活性环肽及其药学研究进展

张 赫，刘雨琛，张明赫

（1.黑龙江大学生命科学学院，黑龙江哈尔滨 150000；2.黑龙江中医药大学第一临床学院，黑龙江哈尔滨 150040）

在目前在药物研究方面蛋白质的功能与结构的分析方面出现了革命性的变化。在人类的疾病之中许多疾病治疗的靶标便是蛋白中蛋白的相互作用，因为大部分蛋白质相互作用的交界面是平的原因，导致小分子药物与其特异性紧密结合的难度较大，同时因为小分子无法排除体外的原因，其频繁代谢物有着一定的毒性，在经过一定时间的积聚后会导致器官出现不良的反应。而蛋白质药物则与之相反是毒性低且由天然成分而组成的。进几年以来，对含有大量二酸键环状肽的研究力度逐渐，其主要的原因便是环肽特殊的结构导致环肽对化学、热、酶有着异常的稳定性，同时肽还是治疗应用的高度受限肽。环肽显著的特征不仅拥有一个头尾环状的骨架同时还合并了一个由三个保守二硫键所组成的胱氨酸结。然而这两种特征都不是环肽所特有的，环状骨架还存在于环孢霉素等天然类的产物之中，而胱氨酸结也存在于转生长因子之中。环肽则与这两个不同，是唯一一个同时拥有以上两个特征的，也正是头尾状环骨架与胱氨酸结这两种特征相互结合的原因让环肽所产生特有的肽折叠成为了极其稳定的受限肽，并在再药物开放方面有了研究发展的价值。

1 环肽的结构以及其分类

环肽是属于植物体内的含有大量二硫键的大环肽，大环肽由二十八至三十七个氨基酸残基的肽键头尾相互连接而形成的。环状肽的结构与以往传统线状含有大量胱氨酸肽的结构又有所不同，环肽与其名字相同为环状形态，其中的分子出来有着环状首尾相连的骨架以外还存在六个极其保守的半胱氨酸残基，分别将六个半胱氨酸残基标记成I～VI，而与其相对应且相邻的两个半胱氨酸残基的环被标为环一至环六，这些半胱氨酸残基两两间形成了三对二硫键。环肽因为这种特殊保守的结构特征而拥有了异常的稳定性，而特殊的环状半胱胺栓结的构框架上环状拥有了一个非常坚硬的结构，这一结构对化学变性、热、酶降解都有着非常大的抗性。

2 环肽的药学应用

环肽是植物天然的防御功能分子，主要是因为环肽在整个植物组织之中广泛的表达出了有着抗线虫、昆虫以及软体动物的活性。但是，在发现了环肽有着异常的稳定性之后加大了其相关的研究力度用于药物设计或者蛋白质工程。而环状肽在药学方面进行研究的应用可以按照环状肽的结构是否置换、置换的程度来进行划分，大致可以将其分为天然的环肽、点突变环状肽。

2.1 天然环肽

天然生成的环肽有着溶血、子宫收缩、抗菌、抗肿瘤活性、抗艾滋等等非常多潜在的生物活性。

2.1.1 环状肽的溶血活性

环肽所具有的溶血活性只有环状的条件情况下能会拥有，若环肽线性化之后则会失去溶血活性，因此，说明了是否有完整的环状骨架与溶血活性非常重要。同时环胚的溶血活性也与其氨基酸的组成序列有所关联，以两个源自于Viola odorata中的两个环肽，却会有着不一样的溶血活性，虽然两种环肽之间直只存在于一个氨基酸的差异，但是环肽1是丝氨酸，而环肽2在同一个位置则是丙氨酸，当其中环肽仅仅失去一个羟基溶血活性的改变就回超过三倍。在对于环胚的溶血活性研究时往往更注重的则是如何将溶血活性去掉。一便于使环胚的框架作用于制药的设计模板。

2.1.2 环肽天然活性中的抗艾滋病病毒活性

在研究环肽所有潜在的天然活性之中，研究的最多、最广泛便是其中的抗艾滋活病病毒性。以非洲树皮中的两种大环肽为例，这两种大环肽都能够对不同宿主细胞的艾滋病病毒感染，但是两类大环肽对靶细胞有着细胞毒性。而在Möbius的亚科中发现了有相类似的艾滋病抑制活性并对靶细胞的毒性相对较低。但是在目前的临床上环肽没有被使用与抗艾滋病毒的药物之中，主要原因还是环肽治疗的指数较低。

2.2 点突变环肽

虽然天然的环肽有着以上多个生物学的功能，但是一部分的环肽因为其中有着溶血的活性，导致只医学治疗的领域之中发展使用的条件有限。但是对环肽的结构进行一个最小程度的单点突变，在不影响或不改变环肽结构的异常稳定性与生物活性的情况也，还能够降低环肽因为有着溶血的活性在制药方面有限制的问题。所以对单个氨基酸进行探索，探索其对环肽的生物活性与结构完整性的影响，来促进环肽在制药以及蛋白工程方面的应用十分的重要。以其KB1环肽为例，KB1环肽有着溶血活性与杀虫活性等在使用丙氨酸扫描时期突变的方法把KB1环肽结构上所有的非半胱氨酸残基使用丙氨酸替代，以此来研究环肽的结构对其自身活性的影响。发现了环肽我作用方式有着三个亚区：第一亚区则是以Glu-7作为中心的并且与其相邻近的残基组成亲水面，而这些邻居的残基对生物的活性有着非常重要的作用，虽然残基存在不一样的环上，但是始终在三维的结构上丛集到一起并此次形成一个生物的活性面这便是亲水面，而KB1环肽中的生物活性还由表面主要的亲水残基区来决定的；第二个亚区则是暴露在表面的疏水残基区，其表面疏水区和膜结合有关，疏水区与生物的活性位于分子中相同的一侧；第三个亚区则可修正活性提高区，而提高区则位于疏水区与生物活性面相面的一侧。

KB1溶血活性、杀虫活性与疏水区、亲水区的完整程度有所关联，亲水区则主要负责和膜磷脂结合，而疏水区则是插入到膜中的疏水核。若亲水区出现突变而疏水区不变，环胚的杀虫活性与容血活性都会同时的骤减。若是亲水区没有入突变，只需要在其疏水区中引入一个有着高度亲水的赖氨酸，与前者相同一样会引起杀虫性与溶血性两种活性出现骤减的情况，主要还是因为其中亲水的残基阻挡了与膜疏水的相互作用而导致生物活性有所损失，与之相反若亲水区没有突变只是在疏水区部分位置引入不一样的疏水氨基酸，就不会大幅度的减少环胚杀虫活性，因为丙氨酸属于疏水氨基酸，它能够取代疏水区之中的氨基酸不会严重的影响到与膜的结合，所以不会对环肽中杀虫活性功能造成影响只是对环肽中溶血活性有所影响。环肽中溶血活性与其疏水区的大小疏水性有所关联。若肽的疏水区越大疏水性就越强，而相对的溶血性也会越强。若使用氨基酸对疏水区进行突变破坏其完整性就是让环肽失去溶血活性。

在通过以上对疏水区进行突变能够在保持环肽杀虫活性的同时，大幅度的降低溶血活性。而在杀虫活性则与抗肿瘤活性的机制相同，所以也能够有着抗癌的作用。在制药上使用氨基酸突变将其受限制的溶血活性降到最低，就能够保证其抗肿瘤的活性会受到太大的影响，这样一来抗癌环肽制药进行治疗的潜力就可以重新的被挖掘出来。

结语：环肽在如今是一个被多方面注重研究的植物多啊太家族，并且在不断深入研究的同时也被认为是具有较大潜力的药物支架。虽然环肽在制药方面有着相应的潜力，但是因为其自身存在多种不同的活性以及相对应的毒性因素，到目前为止还没有任何的一种环肽被使用于人体的临床实验之中。虽然现在情况并不是很理想，但是这一方面的研究还处于一个初期的起步阶段，若是环肽在动物类的实验之中取得一定的研究结果，那一定会实现使用在人体的临床试验之中。