穿膜肽BLFcin6和MPLfcinB6与不同磷脂膜之间相互作用的分子动力学模拟研究

摘要

细胞穿膜肽是一种由 5-30 个氨基酸组成的多肽，它不仅自身能够穿膜，还能够携带蛋白质、核酸、脂质体等进入细胞膜内发挥一定的功能。因此，细胞穿膜肽在肿瘤靶向治疗、提高药物吸收率等方面有着重要的研究意义。牛乳铁素的抗菌活性中心BLFcin6，其序列为RRWQWR，具有很强的抗菌穿膜能力，但丧失了抗癌细胞的能力，也是一种细胞穿膜肽。将 BLFcin6 通过 Glycine-Glycine连接子连接到7个精氨酸上，生成一种新的穿膜肽衍生物，称为MPLfcinB6，该多肽对人类的T-leukemia细胞和B-lymphoma细胞具有选择性的毒性。BLFcin6及其衍生物 MPLfcinB6 有望成为新型的肿瘤靶向穿膜肽，但同时关于它们的抗菌穿膜机制还存在很多问题需要进一步探讨。分子动力学模拟作为探索生命现象的强有力工具，是深入理解其抗菌穿膜机制的一条重要途径。 本文利用分子动力学模拟的方法比较了BLFcin6与5种不同细胞膜之间的相互作用。对这5种细胞膜而言，小肽会很快结合在POPG膜和DPPC-CHOL膜的表面，倾向于进入DPPC膜的疏水内部，与POPC膜和POPC-CHOL膜的接触很少。考察相互作用能，小肽与POPG膜的相互作用最强，主要是小肽与细胞膜带负电荷头部基团存在强的静电相互作用；小肽与DPPC膜的疏水尾部的相互作用较强，但受胆固醇影响，小肽只结合在DPPC-CHOL膜表面。在结合过程中，小肽N端的Arg残基会先结合到细胞膜上，静电相互作用在小肽锚定细胞膜的过程中起关键作用。另外，采用分子动力学模拟的方法计算了 MPLfcinB6 与DPPC-CHOL膜和POPC-CHOL膜之间的相互作用。结果表明MPLfcinB6小肽接触了 DPPC-CHOL 膜，但并没有进入膜内，与 POPC-CHOL 膜相距较远。计算MPLfcinB6小肽不同氨基酸残基与膜质心的距离变化，发现C端的抗菌活性中心（BLFcin6）比N端部分距膜更近，并且Arg在小肽与膜的相互作用过程中起着重要的作用。以上研究从原子水平上分析了BLFcin6小肽和MPLfcinB6小肽与不同细胞膜之间的相互作用机制，哪些残基起关键作用，也为进一步开展BLFcin6 小肽及 MPLfcinB6 小肽的跨膜研究奠定基础。另外，MPLfcinB6 作为一种肿瘤靶向肽，既可以降低抗肿瘤药物的不良反应，又可以提高药物的利用率，在肿瘤靶向治疗方面具有重要的研究意义。 由于我们采用常规的分子动力学模拟，采样时间有限，采样效率较低，本文并未观察到BLFcin6和MPLfcinB6的跨膜过程。因此，关于BLFcin6和MPLfcinB6能否穿过不同的磷脂膜以及具体的穿膜过程等还需要进一步研究。为了解决这些问题，我们可以利用 Metadynamics 及其变种方法来增强采样，提高采样效率；另外，还可以搭建含有DPPC、POPE、POPS以及胆固醇的混合磷脂膜，使其更接近于生理环境下的细胞膜，这样小肽更容易穿膜。

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