烃类化合物的固定策略以及抗菌肽Lasioglossum III的抗肿瘤活性

《Bioorganic & Medicinal Chemistry》：Hydrocarbon stapling strategy and antitumor activity of antimicrobial peptide Lasioglossum III

LL-III肽通过全碳链stapling技术优化，显著提升结构稳定性、膜渗透性和抗肿瘤活性，其中LL-III-4在乳腺癌细胞模型中表现最佳，机制涉及凋亡诱导和微管聚合抑制。

　　

Jinqiu Li|Jiayi Zhu|Xinhao Wei|Yaojin Zhu|Jingfei Xu|Fei Gao|Honggang Hu|Shipeng He

上海大学转化医学研究所或医学院，上海上大路99号，200444，中国

摘要

识别具有突破潜力的新型候选分子对于推进乳腺癌治疗至关重要。Lasioglossum-III（LL-III）是一种从野生蜜蜂毒液中分离出的线性肽，已被证明是治疗乳腺癌的有希望的先导化合物。然而，其治疗潜力受到较差的膜渗透性和低稳定性的限制，这些是线性肽的常见缺陷。为了克服这些挑战，我们采用全碳氢化合物连接策略设计并合成了一系列LL-III连接肽，并系统评估了它们的理化性质和抗肿瘤活性。在这些衍生物中，LL-III-4表现出最显著的改进，包括增强的α-螺旋结构、提高的蛋白酶抗性、改善的膜渗透性、强化的细胞凋亡诱导作用、提升的体外抗肿瘤效果以及增强的微管聚合抑制能力。总体而言，这项研究表明全碳氢化合物连接技术有效优化了LL-III的二级结构、稳定性和生物活性，为乳腺癌治疗提供了一种新的候选药物。

引言

研究表明，天然产物肽已成为制药领域发现先导化合物的重要来源。¹值得注意的是，抗菌肽（AMPs）是一类独特的天然多肽，具有广谱抗菌活性。²它们广泛存在于动物、植物和微生物中。^{3, 4, 5}迄今为止，已有超过70种AMPs的结构被明确鉴定。⁶几十年来，研究不断揭示了AMPs的抗肿瘤潜力，使其成为药物发现中新先导化合物的重要来源。⁶目前，大量研究致力于通过结构修饰获得高活性的AMP衍生物，为疾病治疗提供了一系列候选药物。⁷然而，大多数已鉴定的AMPs主要采用线性结构，并且容易受到蛋白酶的降解；此外，绝大多数AMPs的抗肿瘤机制仍不清楚，严重限制了它们的临床应用。⁴

Lasioglossum-III（LL-III）是一种来自真社会性蜜蜂毒液的抗菌肽，对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌都表现出强大的抗菌活性⁸，同时具有较低的溶血活性、较低的肥大细胞脱颗粒活性以及广谱的体外抗癌效果⁹。然而，作为一种线性肽，LL-III在体外难以维持其内在的二级结构，从而降低了其与目标蛋白的结合亲和力。此外，线性的LL-III在体内难以穿透细胞膜，并容易被蛋白酶水解¹⁰。因此，采用化学修饰策略来稳定LL-III的二级结构、延长其半衰期、减轻副作用并提高其生物利用度对于开发高效的基于LL-III的肽类疗法至关重要。在各种策略中，Verdine等人首创的全碳氢化合物连接肽技术通过选择性侧链锁定有效稳定了线性肽的二级结构并增强了其药理活性¹¹。该技术已成功应用于多种线性肽，产生了多种能够强抑制蛋白质-蛋白质相互作用的肽类候选药物¹²。尽管已经证明LL-III连接肽能够增强抗菌活性和溶血活性^{8, 13, 14, 15}，但关于连接位点及其抗肿瘤活性的合理筛选方法的研究仍不充分^{7, 16, 17, 18, 19}。

为填补这一空白，我们在此报告了一项将全碳氢化合物连接策略应用于LL-III的系统研究。我们采用了丙氨酸扫描和合理设计相结合的方法来确定最佳连接位点，成功合成了一系列LL-III连接肽，并对其二级结构、蛋白酶稳定性、膜渗透性和体外抗肿瘤效果进行了全面评估。我们的结果发现，先导连接肽LL-III-4表现出显著增强的α-螺旋结构、稳定性以及对多种癌细胞系的强抗肿瘤活性。进一步的机制研究表明，LL-III-4通过诱导细胞凋亡和破坏微管组装来发挥其作用。这项工作不仅为乳腺癌治疗提供了一种新的有力候选药物，还阐明了连接LL-III肽的结构-活性关系，为下一代基于肽的抗癌疗法的开发提供了宝贵的见解。

部分内容摘录

丙氨酸扫描和连接位点筛选

丙氨酸扫描是一种广泛用于肽结构-功能研究的技术，它通过将肽序列中的每个氨基酸残基替换为丙氨酸来评估单个残基对肽功能的贡献。由于丙氨酸的侧链较小且化学性质简单，因此它最小化了对肽整体结构和功能的干扰，从而避免了意外效应。在本研究中，首先对LL-III进行了丙氨酸扫描

结论

总之，本研究采用全碳氢化合物连接策略设计了一系列LL-III衍生物（LL-III-1至LL-III-5），旨在克服线性肽的局限性。结构和生物物理表征证实，连接显著增强了这些肽的α-螺旋结构、蛋白酶稳定性和细胞膜渗透性。在这些衍生物中，LL-III-4表现出最佳的体外抗肿瘤活性

作者贡献声明

Jinqiu Li：撰写——原始草稿，验证，项目管理，实验设计，数据管理。Jiayi Zhu：撰写——审阅与编辑，撰写——原始草稿，实验设计，数据分析。Xinhao Wei：撰写——审阅与编辑，实验设计，数据分析。Yaojin Zhu：撰写——审阅与编辑，数据分析。Jingfei Xu：撰写——审阅与编辑，数据分析。Fei Gao：监督，资源提供，实验设计。Honggang Hu：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号82373707，资助对象S.H）和福建省自然科学基金（编号2024J010045，资助对象S.H）的支持。