新型α/β杂合肽对抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抗菌活性研究

研究背景

随着抗生素的广泛使用和滥用，多重耐药性（Multi-Drug Resistance, MDR）已成为全球公共卫生的重大威胁。尤其是ESKAPE病原体（包括肠球菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌和肠杆菌属）对现有抗生素的耐药性日益增强，导致传统抗生素在临床治疗中失效。因此，开发新型抗菌药物成为当务之急。

抗菌肽（Antimicrobial Peptides, AMPs）作为天然免疫系统的重要组成部分，具有广谱抗菌活性，且不易引发耐药性。然而，天然抗菌肽在体内易被蛋白酶降解，限制了其临床应用。为了解决这一问题，研究人员开始探索将非天然氨基酸（如β-氨基酸）引入肽链中，以提高其蛋白酶稳定性和抗菌活性。本研究正是在这一背景下展开，旨在通过合成含有tbu-β3,3ac6c的α/β杂合肽，评估其对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus, MRSA）等耐药菌的抗菌活性。

研究来源

本研究由Aminur Rahman Sarkar、Jyoti Kumari、Arti Rathore、Rubina Chowdhary、Rakshit Manhas、Shifa Firdous、Avisek Mahapa和Rajkishor Rai共同完成。研究团队来自印度科学和工业研究委员会（CSIR）下属的印度综合医学研究所（Indian Institute of Integrative Medicine, IIIM）以及印度科学院和创新研究学院（Academy of Scientific & Innovative Research, AcSIR）。研究结果于2024年10月29日在线发表在《The Journal of Antibiotics》期刊上。

研究流程与结果

1. 肽的合成与表征

研究团队合成了9种含有tbu-β3,3ac6c的α/β杂合肽（P1-P9）。这些肽的C端均被苯乙胺（phenylethylamine）修饰，而N端则通过酰胺键（P4-P6）或尿素键（P7-P9）连接了C12烷基链。肽的合成采用溶液相合成法，并通过高效液相色谱（HPLC）评估其纯度，所有肽的纯度均超过95%。此外，研究团队还使用高分辨率质谱（HRMS）和核磁共振（NMR）对肽进行了表征。

2. 抗菌活性评估

通过基于刃天青（resazurin）的最低抑菌浓度（Minimum Inhibitory Concentration, MIC）实验，研究团队评估了P1-P9对多种病原菌的抗菌活性。结果显示，P4、P6和P7对铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和MRSA表现出显著的抗菌活性，MIC值在6.25至12.5 μM之间。进一步的研究表明，P4、P6和P7对多重耐药（MDR）临床分离株的金黄色葡萄球菌也表现出良好的抗菌效果，MIC值在6.25至50 μM之间。

3. 最低杀菌浓度（MBC）与时间-杀菌动力学

研究团队进一步评估了P4、P6和P7对MRSA的杀菌效果。MBC实验显示，P4和P6的MBC值为12.5 μM，而P7的MBC值为25 μM。时间-杀菌动力学实验表明，P4在3小时内可减少99.99%的MRSA生长，而P7在1小时内即可完全杀灭MRSA。这些结果表明，P4、P6和P7具有快速杀菌的能力，且其杀菌效果优于标准药物万古霉素（vancomycin）。

4. 生物膜抑制与破坏

P4、P6和P7还表现出显著的生物膜抑制能力。在4×MIC浓度下，P6和P7分别抑制了70%和77%的MRSA生物膜形成。然而，这些肽对已形成的生物膜的破坏能力较弱，表明其主要作用在于预防生物膜的形成。

5. 溶血活性测试

为了评估P4、P6和P7的安全性，研究团队进行了溶血实验。结果显示，P4、P6和P7在MIC浓度下引起的溶血率约为19%，而在50 μM浓度下，P6的溶血率最高，达到36%。尽管这些肽在高浓度下表现出一定的溶血活性，但其抗菌活性与溶血活性之间的平衡仍具有潜在的应用价值。

6. 扫描电子显微镜（SEM）分析

通过SEM观察，研究团队发现P4和P6处理的MRSA细胞表面出现明显的粗糙和裂解现象，表明这些肽通过破坏细菌细胞膜发挥杀菌作用。相比之下，P7在MIC浓度下对细胞膜的破坏作用较弱，但在2×MIC浓度下也表现出类似的杀菌效果。

7. 与万古霉素的协同作用

通过棋盘法（checkerboard assay）评估了P4、P6和P7与万古霉素的协同作用。结果显示，P4、P6和P7与万古霉素在多种组合中表现出协同作用，且未发现拮抗作用。这表明这些肽可以与万古霉素联合使用，以增强对MRSA的抗菌效果。

研究结论与意义

此研究成功合成了9种含有tbu-β3,3ac6c的α/β杂合肽，并评估了其对MRSA等耐药菌的抗菌活性。其中，P4、P6和P7表现出显著的抗菌效果，能够快速杀灭MRSA并抑制其生物膜形成。此外，这些肽与万古霉素的协同作用为其在临床联合治疗中的应用提供了可能性。

此研究的亮点在于通过引入tbu-β3,3ac6c和C12烷基链，显著提高了肽的抗菌活性和蛋白酶稳定性。同时，研究团队通过SEM揭示了这些肽的杀菌机制，即通过破坏细菌细胞膜发挥抗菌作用。这些发现为开发新型抗菌药物提供了重要的理论依据和实验基础。

研究价值

本研究的科学价值在于揭示了α/β杂合肽在对抗多重耐药菌方面的潜力，特别是其对MRSA的快速杀菌和生物膜抑制能力。此外，研究团队开发的合成方法和实验模型为后续研究提供了重要的参考。从应用角度来看，P4、P6和P7作为潜在的抗菌药物候选物，有望在未来的临床治疗中发挥重要作用，尤其是在应对多重耐药菌感染方面。

此研究为解决全球抗生素耐药性问题提供了新的思路和方法，具有重要的科学意义和应用前景。