金刚烷肽偶联物的酶促自组装对抗金黄色葡萄球菌感染

　　第一作者：占文俊
　　通讯作者：梁高林
　　通讯单位：东南大学
　　研究速览：
　　近期，东南大学梁高林教授和占文俊副研究员等人在AdvancedHealthcareMaterials上发表了利用金刚烷肽偶联物的酶促自组装以对抗金黄色葡萄球菌感染的研究工作。金黄色葡萄球菌（S。aureus）仍然是细菌感染中最常见的病原菌之一。然而，由于耐药性的出现，用常规抗生素根除金黄色葡萄球菌感染变得越来越困难。因此，迫切需要开发新的抗生素类型和抗菌策略。在此，该作者报道了一种金刚烷肽偶联物，在被金黄色葡萄球菌上组成型表达的碱性磷酸酶（ALP）去磷酸化后，可以原位生成纳米纤维以对抗金黄色葡萄球菌感染。该作者通过将金刚烷连接到磷酸化的四肽NapPhePheLysTyr（H2PO3）OH，获得了合理设计的金刚烷肽偶联物NapPhePheLys（Ada）Tyr（H2PO3）OH（NapFYpAda）。在细菌ALP激活后，NapFYpAda发生去磷酸化并在金黄色葡萄球菌表面原位自组装成纳米纤维。所形成的组装体与细胞质脂质发生相互作用，从而破坏了细菌内膜的完整性以杀死金黄色葡萄球菌。动物实验进一步证明了NapFYpAda在体内治疗金黄色葡萄球菌感染中的优异潜力。这项工作为抗菌剂的设计提供了一种新的策略。
　　一种具有抗金黄色葡萄球菌活性的金刚烷肽偶联物NapFYpAda。（a）NapFYpAda的化学结构及其酶促转化示意图。（b）NapFYpAda通过原位酶促自组装的抗菌机制示意图。
　　要点分析：
　　要点一：
　　NapFYpAda的酶促自组装。NapFYpAda的原位自组装受ALP控制，因此可以在体外ALP的作用下转化为NapFYAda，并自组装成纳米纤维或纤维网络。体外细菌共培养及荧光测试也证明了NapFYpAda也可以在金黄色葡萄球菌的ALP作用下转变为NapFYAda，并在细胞质脂质上自组装成纳米结构。
　　要点二：
　　NapFYpAda的抗菌性能和生物相容性。NapFYpAda对金黄色葡萄球菌的最小抑制浓度（MIC）值为25uM。NapFYpAda可以通过原位酶促自组装改变细胞膜通透性，从而破坏了细菌的膜完整性。NapFYpAda在体外及小鼠伤口感染模型中均显示了良好抗菌活性及生物相容性。
　　图文导读
　　图1。金刚烷肽偶联物NapFYpAda在ALP作用前后的体外表征。（a）NapFYpAda在ALP作用前后及其去磷酸化产物NapFYAda的HPLC表征。（b）NapFYpAda和NapFYAda的CMC值。100MNapFYpAda在ALP（1UmL）作用之前（c）和之后（d）的TEM照片。（e）0。5wtNapFYpAda与20UmLALP在37孵育18小时前后的照片。（f）e中形成的水凝胶的流变学表征。
　　图2。金刚烷肽偶联物的细菌定位表征。（a）不同处理后NR标记金黄色葡萄球菌的激光共聚焦照片。（b）a中相应照片的皮尔逊相关值。（c）不同处理后细菌内NBD荧光强度的流式细胞定量分析。金黄色葡萄球菌分别与25MNBDFYpAda，25MNBDFYpAda25MCD，以及25MNBDFYpAda100MLPhe进行培养。
　　图3。NapFYpAda的体外抗菌性能。（a）NapAYpAda、NapFYpAdaCD和NapFYpAda对金黄色葡萄球菌的MIC值。不同处理后金黄色葡萄球菌的（b）细胞质膜去极化，（c）细胞质膜透化，（d）260nm吸收组分的释放情况，和（e）SEM图像。金黄色葡萄球菌分别与PBS，100MNapAYpAda，100MNapFYpAdaCD，以及100MNapFYpAda进行培养。（f）金黄色葡萄球菌对NapFYpAda的去磷酸化效果。
　　图4。NapFYpAda的体内抗菌性能。（a）伤口感染模型的建立和治疗程序的示意图。（b）不同处理后，在第0、1、3、5和7天拍摄的感染伤口的代表性照片。（c）b中伤口面积变化的统计分析。（d）治疗7天后感染组织的细菌涂板表征和相应的定量统计分析。治疗7天后感染组织的（e）HE和（f）Masson染色分析。（g）治疗7天后伤口中炎症因子IL6的免疫组化染色分析。
　　结论
　　在这项工作中，该作者将金刚烷连接到磷酸化的四肽NapPhePheLysTyr（H2PO3）OH，得到了金刚烷肽结合物NapPhePheLys（Ada）Tyr（H2PO3）OH（NapFYpAda），并利用其酶促自组装来抗金黄色葡萄球菌感染。NapFYpAda在细菌ALP的作用下，去磷酸化生成NapFYAda并发生原位自组装形成纳米纤维。该纳米纤维可以靶向金黄色葡萄球菌细胞质脂质，导致细胞质膜的去极化和通透化；随后更多的金刚烷肽偶联物进入细菌内部发生胞内凝胶化，导致金黄色葡萄球菌的膜渗漏和细胞死亡。MTT和溶血实验证实NapFYpAda具有良好的体外生物相容性。体内实验表明NapFYpAda可以有效地促进伤口愈合并杀死金黄色葡萄球菌细胞，同时副作用很低。值得注意的是，通过使用NapAYpAda和NapFYpAdaCD作为两个对照，该作者验证了原位自组装和金刚烷组分在抗菌中的关键作用。这项工作为抗菌剂的设计提供了一种新方法。
　　全文链接：https：doi。org10。1002adhm。202203283
　　参考文献：WenjunZhan，GeGao，ZhiyuLiu，XiaoyangLiu，LinglingXu，ManliWang，HaiDongXu，RunqunTang，JingyuanCao，XianbaoSun，andGaolinLiang。EnzymaticSelfAssemblyofAdamantanePeptideConjugateforCombatingStaphylococcusaureusInfection。AdvancedHealthcareMaterials。2023，2203283。doi：10。1002adhm。202203283。