申请/专利权人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所;上海大学

申请日：2016-03-21

公开（公告）日：2021-02-23

公开（公告）号：CN107216368B

主分类号：C07K7/08(20060101)

分类号：C07K7/08(20060101);A61K38/10(20060101);A61P35/00(20060101);G01N33/68(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.02.23#授权;2017.10.31#实质审查的生效;2017.09.29#公开

摘要：本发明公开了一类阳离子双亲性多肽及其应用。所述多肽包含如下所示的氨基酸序列：RXXRXXRXRRXXRX‑NH2，其中NH2分布于所述多肽的C端，R为带正电荷的极性氨基酸，X为非极性疏水性氨基酸，并且所述多肽为非α‑螺旋结构，其中所含氨基酸均为L‑型氨基酸或D‑型氨基酸。本发明提供的阳离子双亲性多肽不具备α‑螺旋结构，易于与癌细胞发生作用，不会引起强烈的膜裂解，引起细胞内代谢异常使caspase‑3活性升高，引发肿瘤细胞凋亡，具有较好抗癌活性，同时具有较低溶血性和较低的正常体细胞毒性，具有较高的治疗指数和临床应用价值，在抗癌药物开发中具有广泛的应用前景。

主权项：1.一类阳离子双亲性多肽，其氨基酸序列为SEQIDNo.3所示，并且所述多肽所含氨基酸均为L-型氨基酸或均为D-型氨基酸，所述多肽在与生物质膜作用时不形成α-螺旋构象。

全文数据：阳离子双亲性多肽及其应用技术领域[0001]本发明特别涉及一类阳离子双亲性抗肿瘤多肽及其在抗肿瘤、癌症治疗等方面的用途。背景技术[0002]阳离子双亲性多肽源于抗菌肽，是一种在许多物种中都表达的宿主防御肽，能特异性杀死细菌真菌以及一些病原体。一些天然存在的抗菌肽也有抗癌功效，同细菌一样，月中瘤细胞表面也具有大量净负电荷，静电和输水互作是此类多肽发挥毒性的基础。[0003]天然存在的抗癌多肽大部分通过膜裂解的方式杀伤细胞，在杀伤肿瘤细胞的同时对正常细胞也有一些损伤。这些多肽分子一般结构复杂，作用效果单一，在血液容易失活，被一些酶降解。另外天然存在具有抗癌活性的抗菌肽大部分具有高度的螺旋结构，多肽的螺旋性与溶血性密切相关，一些抗菌肽如蜂毒肽和来自鲎的素普肽会引起强烈的红细胞裂解。此外，天然多肽提取较复杂，且产量低，难以规模化生产。这些缺陷抑制了这些多肽的应用与在癌症方面的治疗。发明内容[0004]本发明的主要目的在于提供一类阳离子双亲性多肽及其应用，以克服现有技术中的不足。[0005]为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：[0006]本发明实施例提供了一类阳离子双亲性多肽，其包含如下所示的氨基酸序列：RXXRXXRXRRXXRX-NH2，其中NH2分布于所述多肽的C端，R为带正电荷的极性氨基酸，X为非极性疏水性氨基酸，并且所述多肽为非α-螺旋结构，其中所含氨基酸均为L-型氨基酸或D-型氨基酸。[0007]在一些较为优选的实施方案中，所述带正电荷的极性氨基酸为精氨酸。[0008]较为优选的，所述阳离子双亲性多肽中所含氨基酸均为L-型氨基酸。[0009]尤为优选的，所述阳离子双亲性多肽中所含氨基酸均为D-型氨基酸。[0010]进一步的，在与生物质膜作用时，所述阳离子双亲性多肽不形成α-螺旋构象。[0011]进一步的，所述阳离子双亲性多肽能够穿透带负电荷的细胞膜而进入细胞内部。[0012]本发明实施例还提供了所述阳离子双亲性多肽于制备癌药物、抗癌药物前体和细胞毒性试剂中任一者的用途。[0013]与现有技术相比，本发明的优点包括：[0014]1提供的阳离子双亲性多肽在与细胞膜作用时不具备α-螺旋结构，易于与癌细胞发生作用，不会引起强烈的膜裂解；[0015]2提供的阳离子双亲性多肽具有较好抗癌活性，能进入细胞膜呈负电性的肿瘤细胞内部，引起细胞内代谢异常，caspase-3活性升高，引发细胞凋亡；[0016]3提供的阳离子双亲性多肽在与肿瘤细胞作用时具有较低溶血性和较低的正常体细胞毒性，有较高的治疗指数和临床应用价值，在抗癌药物开发中具有广泛的应用前景。附图说明[0017]图1是本发明一典型实施方案中一种阳离子双亲性多肽杀伤细胞的作用机理示意图；[0018]图2是本发明一实施例中RLl多肽和RL2多肽的轮状图；[0019]图3是本发明一实施例中RLl多肽和RL2多肽在脂质体溶液中螺旋结构的比较图；[0020]图4A和4B是本发明一实施例中RLl多肽和RL2多肽对小鼠红细胞的溶血性检测图；[0021]图5是本发明一实施例中HeLa细胞经RLl多肽和RL2多肽处理前后的形态图，其中1是未经多肽处理的HeLa细胞形态图，2是经RLl多肽处理的HeLa细胞形态图，3是经RL2多肽处理的HeLa细胞形态图；[0022]图6A是本发明一实施例中采用5μΜ荧光标记的RLl多肽处理HeLa细胞30分钟后的激光共聚焦图像Ex=405nm，其中1为明场显示细胞位置，2是荧光场显示多肽的位置，3为1和2的叠加图；[0023]图6B是本发明一实施例中采用5μΜ荧光标记的RL2多肽处理HeLa细胞30分钟后的激光共聚焦图像Ex=405nm，其中1为明场显示细胞位置，2是荧光场显示多肽的位置，3为1和2的叠加图；[0024]图7是本发明一实施例中经过和未经过RL2多肽处理的HeLa细胞引发细胞凋亡图谱；[0025]图8是本发明一实施例中HeLa细胞经RL2多肽处理前后对肿瘤细胞和正常细胞内活性氧水平的影响曲线图；[0026]图9A是本发明一实施例中经RLl多肽和RL2多肽处理的HeLa细胞Caspase-3的ELISA检测曲线图；[0027]图9B是本发明一实施例中经RLl多肽和RL2多肽处理的HeLa细胞Caspase-3的Western-blot检测图；[0028]图10为本发明一实施例中RL2多肽和D-RL2多肽处理的HeLa细胞Caspase-3的ELISA检测曲线图。具体实施方式[0029]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。[0030]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。[0031]本发明实施例的一个方面提供了一系列阳离子双亲性多肽，其包含如下所示的氨基酸序列：RXXRXXRXRRXXRX-NH2,其中NH2分布于所述多肽的C端，R为带正电荷的极性氨基酸，X为非极性疏水性氨基酸，并且所述多肽为非α-螺旋结构，其中所含氨基酸均为L-型氨基酸或D-型氨基酸。[0032]较为优选的，所述带正电荷的极性氨基酸为精氨酸Arg。[0033]进一步的，所述X为天然或非天然的非极性疏水性氨基酸。[0034]较为优选的，所述阳离子双亲性多肽具有SEQIDNo.1〜SEQIDNo.5中任一者所示的氨基酸序列，即下列的序列：[0035]序列1:RAARAARARRAARA-NH2[0036]序列2:RFFRFFRFRRFFRF-NH2[0037]序列3:RLLRLLRLRRLLRL-NH2[0038]序列4:RVVRVVRVRRVVRV-NH2[0039]序列5:RIIRIIRIRRIIRI-NH2。[0040]较为优选的，所述阳离子双亲性多肽中所含氨基酸均为L-型氨基酸。[0041]尤为优选的，所述阳离子双亲性多肽中所含氨基酸均为D-型氨基酸。[0042]进一步的，在与生物质膜作用时，所述阳离子双亲性多肽不形成α-螺旋构象。[0043]进一步的，所述阳离子双亲性多肽能够穿透带负电荷的细胞膜而进入细胞内部。[0044]进一步的，所述的阳离子双亲性多肽能选择性杀伤肿瘤细胞，引起肿瘤细胞代谢异常和Caspase-3依赖的细胞凋亡。[0045]进一步的，在杀伤肿瘤细胞的浓度范围内，所述的阳离子双亲性多肽对正常体细胞毒性较低，且不会产生红细胞溶血。[0046]本发明的阳离子双亲性多肽能选择性杀伤肿瘤细胞，具有低溶血性和低正常体细胞毒性等特点，可以选择性进入细胞膜呈带负电性的肿瘤细胞，引起细胞内代谢紊乱，caspase-3活性升高，在短时间内诱导细胞凋亡。其D-型对映体多肽具有和L-型多肽一致的抗肿瘤活性，可以有效克服L-型多肽在血液循环中易被降解的问题。[0047]参阅图1示出了本发明的一典型实施方案中阳离子双亲性多肽多肽杀伤细胞的作用机理。[0048]相应的，本发明实施例的另一个方面还提供了所述阳离子双亲性多肽于制备癌药物、抗癌药物前体和细胞毒性试剂中任一者的用途。[0049]以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。[0050]实施例1[0051]当X为Leu时，一种阳离子双亲性多肽的序列（SEQIDNo.3如下：RLLRLLRLRRLLRL-NH2。本实施例中RLLRLLRRLLRLLR-NH2多肽RL1为SEQIDNo·3RL2的对照多肽。参照图2是这些多肽的轮状图，其展示了在一个假想的螺旋结构中，多肽氨基酸残基的相对位置。RLl和RL2具有完全一致的氨基酸组成，RLl是一个短序列RLLRLLR的两次重复，具有明显的亲疏水界面，在RLl序列基础上将最后两个氨基酸LR移动到第一个短序列的结尾得到RL2，RL2没有明显的亲疏水界面。[0052]1.多肽模拟生物膜系统中的二级结构[0053]多肽在生物膜中的二级结构测定实验中，采用由DMPC和DMPG磷脂按1:1比例制成的IOOnm的单层脂质体作为模拟生物膜系统。多肽采用5mM的该脂质体溶液稀释至ΙΟΟμΜ。原二色谱仪检测多肽190-260nm的⑶光谱。图3展示了多肽RLl和RL2在脂质体中的⑶图谱。由图可见，RLl在生物膜中可以形成明显的α-螺旋，由于其在208和222nm处出现明显的双负峰，而RL2在生物膜中大部分呈无规则卷曲状态，不形成明显的α-螺旋结构，其在208和222nm处没有明显的双负峰出现。[0054]2.多肽对肿瘤细胞和正常细胞的毒性[0055]MTT法检测多肽对肿瘤细胞和非肿瘤细胞存活率的影响。根据检测结果计算出的多肽对细胞的半抑制浓度IC5q参照表1。用到的肿瘤细胞有:人宫颈癌细胞HeLa，人肺腺癌细胞A549，人乳腺癌细胞MCF-7;非肿瘤细胞有:人脐静脉内皮细胞HUVEC，人胚肾细胞293T，人肺成纤维细胞HLF。参照表IRLl和RL2对肿瘤细胞和肺肿瘤细胞的IC5q值。可以看出，相比于RLl，本发明多肽RL2有更好的选择性抗肿瘤活性。RL2在低浓度下就可以杀伤肿瘤细胞，在相对较高的浓度下才会对正常细胞产生毒性。这保证了RL2在有效杀伤肿瘤细胞的浓度下不会对正常细胞产生损伤。[0056]表IRLl多肽和RL2多肽对肿瘤细胞和对正常细胞的毒性比较[0058]3.多肽的溶血性检测[0059]用肝素处理过的抗凝管收集新鲜的小鼠血液，将血液用生理盐水处理，反复洗涤离心后得到红细胞，然后将红细胞稀释至4.OX108个mL做多肽溶血检测。不同浓度的多肽与小鼠红细胞37°C孵育1小时，将各组样品IOOOrpm离心10分钟后取上清加入96孔板，酶标仪PerkinElmer，VictorX4检测样品在540nm的吸光值。l%TritonX-100作为正对照，显示100%溶血。图4A和图4B显示了不同浓度RLl和RL2的溶血情况，其中图4A示出了不同浓度RLl多肽和RL2多肽对小鼠红细胞的溶血性检测的测试过程，图4B示出了不同浓度RLl多肽和RL2多肽对小鼠红细胞溶血率的曲线图。可以看出RL2在低于50μΜ的浓度下几乎不发生溶血，而RLl在低浓度下就会产生较强的溶血现象。[0060]4.多肽的细胞成像实验[0061]5μΜ多肽处理HeLa细胞30分钟后，HeLa细胞形态变化如图5所示。图5中1是未经多肽处理的细胞，2是RLl多肽处理的细胞，3是RL2多肽处理的细胞，比例尺25μπι。由图可见，RLl可以引起强烈的膜裂解，在2中可以看到很多膜碎片;RL2不会引起细胞膜裂解，3中细胞膜完整，细胞有皱缩倾向。将多肽的N末端增补NH2-HGG-序列可以使环金属铱配位化合物[??721^!1202]^与之标记产生荧光。图64和68分别为5以1荧光标记的此1和此2多肽处理HeLa细胞30分钟后的激光共聚焦图像Ex=405nm。其中1为明场显示细胞位置，2是荧光场显示多肽的位置，3为1和2的叠加，比例尺:25um。由图可见，可以引起细胞膜裂解的α-螺旋多肽RLl主要在细胞膜聚集，而不会引起细胞膜裂解的非α-螺旋多肽RL2主要进入细胞内部发挥作用。[0062]5.多肽的肿瘤细胞毒性机理探究[0063]在凋亡检测实验中，5μΜ的RL2多肽处理过的HeLa细胞和未经处理HeLa细胞用AnnexinV-FITC细胞凋亡检测试剂处理，然后流式细胞仪检测细胞凋亡情况。图7为凋亡检测结果，其中1为未经多肽处理的HeLa细胞，2为经RL2多肽处理的HeLa细胞。2中有45.9%的细胞出现在第四象限，说明RL2引发了HeLa细胞凋亡。[0064]在活性氧水平检测实验中，5μΜ的RL2多肽处理预装载DCFH-DA荧光探针的肿瘤和非肿瘤细胞系30分钟后，酶标仪检测各组样品在485535nm荧光强度。图8为RL2处理后细胞相对于处理前细胞的胞内活性氧水平。由图可见，RL2处理后，肿瘤细胞系HeLa、A549、MCF-7的细胞内活性氧水平明显升高，而正常细胞HUVEC、293T，HLF的细胞内活性氧水平没有明显变化。说明RL2多肽可以特异性引起肿瘤细胞内代谢异常。[0065]Caspase-3的ELISA检测（图9A和Western-blot检测（图9B结果显示，RL2可以短时间引起肿瘤细胞内有活性的Caspase-3的水平升高。进一步验证了RL2可以引发caspase-3依赖的细胞凋亡。[0066]6.D-型多肽的抗肿瘤活性[0067]RL2对应的全D型多肽D-RL2有与RL2—致的抗肿瘤活性。参照表2，D-RL2对HeLa细胞有较低的IC5q值参，而对正常细胞HLF和293T有较高的IC5q值，这保证了多肽在有效杀伤肿瘤细胞的浓度下，不会对正常细胞产生损伤。再参阅图l〇，D-RL2也可以短时间引起HeLa细胞内Capase-3活性升高，具有和RL-2—致的效果。D-型多肽可以有效克服L-型多肽在血液循环中时间短、易被降解的问题。因此，本发明的全D型精氨酸多肽有望在抗癌药物研发中发挥更好的作用。[0068]表2RL2多肽对应的D-性氨基酸多肽D-RL2的肿瘤细胞毒性[0070]应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一类阳离子双亲性多肽，其特征在于包含如下所示的氨基酸序列:RXXRXXRXRRXXRX-順2,其中冊2分布于所述多肽的C端，R为带正电荷的极性氨基酸，X为非极性疏水性氨基酸，并且所述多肽为非α-螺旋结构，其中所含氨基酸均为L-型氨基酸或D-型氨基酸。2.根据权利要求1所述的阳离子双亲性多肽，其特征在于:所述带正电荷的极性氨基酸为精氨酸。3.根据权利要求1所述的阳离子双亲性多肽，其特征在于:所述X为天然或非天然的非极性疏水性氨基酸。4.根据权利要求1所述的阳离子双亲性多肽，其特征在于:所述阳离子双亲性多肽具有SEQIDNo.1〜SEQIDNo.5中任一者所示的氨基酸序列。5.根据权利要求1所述的阳离子双亲性多肽，其特征在于:所述阳离子双亲性多肽中所含氨基酸均为L-型氨基酸。6.根据权利要求1所述的阳离子双亲性多肽，其特征在于:所述阳离子双亲性多肽中所含氨基酸均为D-型氨基酸。7.根据权利要求1所述的阳离子双亲性多肽，其特征在于:在与生物质膜作用时，所述阳离子双亲性多肽不形成α-螺旋构象。8.根据权利要求1所述的阳离子双亲性多肽，其特征在于:所述阳离子双亲性多肽能够穿透带负电荷的细胞膜而进入细胞内部。9.权利要求1-8中任一项所述的阳离子双亲性多肽于制备癌药物、抗癌药物前体和细胞毒性试剂中任一者的用途。

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