阳离子脂肽、药物组合物及其应用制造技术

本发明专利技术提供了阳离子脂肽、药物组合物及其应用。所述阳离子脂肽包含：具有6‑12个碳的N端脂肪酰基；含有3‑12个氨基酸的线性肽段，其中该线性肽段通过其N端与所述N端脂肪酰基相连，并且含有≥2个带正电荷的氨基酸；和含有4‑9个氨基酸的C端亲脂性环肽，其中该C端亲脂性环肽与所述线性肽段的C端相连；并且其中所述阳离子脂肽具有革兰氏阴性菌抗菌性。所述阳离子脂肽对革兰氏阴性病原体具有广泛且强的杀菌活性，低毒高效，耐药性风险低，并且在蛋白水解方面也是稳定的。

Cationic Lipopeptides, Pharmaceutical Compositions and Their Applications

【技术实现步骤摘要】
阳离子脂肽、药物组合物及其应用
本专利技术属于生物
，具体涉及阳离子脂肽、药物组合物及其应用。
技术介绍
细菌耐药危机日趋严峻，已经成为全球范围内的重大公共安全问题，严重危害人类的健康。在2016年的二十国集团峰会(G20)上，各国领导人明确提到：“抗生素耐药性严重威胁公共健康、经济增长和全球经济稳定”。传统的抗菌药物开发手段已很难应对当前危机，急需新思路来研究抗生素耐药问题和开发新型抗生素。近年来，基因测序技术的革新把天然药物开发推向了基因时代，为微生物来源的新型抗生素开发带来了新希望。在传统抗生素失效的后抗生素时代，挖掘微生物天然产物依然是解决抗生素危机的前沿热点。由多重耐药革兰氏阴性菌引起的感染已成为公众健康的主要威胁(参见文献1-2)。在过去的40年中，尚没有真正新型的用于抗革兰氏阴性菌的抗生素面市(参见文献3)。这一因素、以及抗生素耐药性的出现，使得对新抗生素的迫切需求变得尤为突出(参见文献1-4)。阳离子肽代表了一个巨大的抗生素家族，并以其多样的化学结构和巨大的抗革兰氏阴性病原体的潜力而引起了广泛的兴趣(参见文献5-8)。阳离子非核糖体肽(包括多粘菌素(polymyxins)和短杆菌肽S(gramicidinS))是结构最多样化的阳离子肽家族，具有很大的抗菌潜力，但是在很大程度上仍然是未知的(参见文献6、9、10)。阳离子肽存在于所有形式的生命(哺乳动物、植物和细菌)中，并且是自然界中最广泛且结构最多样化的抗生素之一。由于阳离子肽具有独特的化学性质，不仅使其便于渗透穿过革兰氏阴性菌的高度抗渗性外膜，而且还使其能够与多个阴离子细胞内靶点相互作用，因此阳离子肽对耐药革兰氏阴性病原体高度有效(参见文献5-9)。在过去的40年中，已经发现了数千种具有广泛抗菌活性的阳离子肽，其中大多数是天然的或天然来源于多细胞生物的宿主防御肽。然而，由于其供应成本高、不稳定以致于蛋白质降解、以及毒理学特征不明，因此这些阳离子肽中只有少数进入临床应用(参见文献8、9、11-15)。供应充足并且具有蛋白质水解稳定性的细菌阳离子非核糖体肽(CNRP)是很有吸引力的治疗候选物。由杆菌类细菌产生的多粘菌素和短杆菌肽S实际上是少数几种有临床疗效的先例中的两种(参见文献9、14-17)。然而，由于CNRP的多样性和复杂性使得系统化研究变得困难，因此，细菌中绝大多数基因编码的CNRP被忽视、并且仍然是未知的。
技术实现思路
为解决上述现有技术中所存在的问题，本专利技术提供了阳离子脂肽、药物组合物及其应用。具体而言，本专利技术提供了：(1)一种阳离子脂肽，其特征在于，所述阳离子脂肽包含：具有6-12个碳的N端脂肪酰基；含有3-12个氨基酸的线性肽段，其中该线性肽段通过其N端与所述N端脂肪酰基相连，并且含有≥2个带正电荷的氨基酸；和含有4-9个氨基酸的C端亲脂性环肽，其中该C端亲脂性环肽与所述线性肽段的C端相连；并且其中所述阳离子脂肽具有革兰氏阴性菌抗菌性。(2)根据(1)所述的阳离子脂肽，其中所述线性肽段含有4-9个氨基酸。(3)根据(1)所述的阳离子脂肽，其中所述线性肽段含有2-3个带正电荷的氨基酸。(4)根据(1)-(3)中任一项所述的阳离子脂肽，其中所述带正电荷的氨基酸为Orn或Lys。(5)根据(1)所述的阳离子脂肽，其中所述N端脂肪酰基包括直链和支链的烷酰基。(6)根据(5)所述的阳离子脂肽，其中所述烷酰基的碳原子个数为7-9个。(7)根据(1)所述的阳离子脂肽，其中所述C端亲脂性环肽为由四个氨基酸或五个氨基酸形成的环肽。(8)根据(1)所述的阳离子脂肽，其中所述阳离子脂肽的结构式如下式I或II所示：或(9)一种药物组合物，包含根据(1)-(8)中任一项所述的阳离子脂肽。(10)根据(1)-(8)中任一项所述的阳离子脂肽在制备革兰氏阴性菌抗生素药物中的应用。本专利技术与现有技术相比具有以下优点和积极效果：本专利技术在传统的活性和化学导向的天然产物研究方法基础上，进一步采用全基因组挖掘策略，利用生物学信息学大数据在基因组导向下鉴别出潜在的可作为革兰氏阴性菌抗生素的CNRP，并结合经典的化学分析及活性评价，筛选并验证了有效的可作为抗革兰氏阴性菌抗生素的CNRP，其为阳离子脂肽。本专利技术通过上述系统化的研究和筛选策略，发现具有本专利技术所述的结构特征的阳离子脂肽对革兰氏阴性病原体具有广泛且强的杀菌活性，低毒高效，耐药性风险低，并且由于具有脂肪酸侧链和内酯环(亲脂性环肽)，其在蛋白水解方面也是稳定的。特别地，本专利技术还发现其中的两种化合物(本专利技术将其分别命名为brevicidine和laterocidine)具有最优的抗革兰氏阴性菌性质，特别适合开发为抗革兰氏阴性菌抗生素。附图说明图1示出CNRP的肽相似性网络(peptidesimilaritynetwork)，其显示了它们的多样性、分布和发现状态。显然，大部分CNRP还处于未被探索的状态，特别是厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)中的那些CNRP更是如此。图2示出通过全基因组挖掘发现的阳离子抗菌肽的基因簇和结构。其中：图2a从上到下分别示出brevicidine和laterocidine的CNRP的基因簇，基因簇上方标出了所预测的编码氨基酸，阳离子残基被标记成浅灰色；图2b示出brevicidine、laterocidine的结构，该结构是通过MS/NMR分析鉴定的。图3示出brevicidine和laterocidine具有杀菌活性、耐药性风险低、以及在小鼠大腿感染模型中的效力，其中，图3a示出时间-杀菌试验结果，图中数据代表三次独立实验±s.d.；图3b示出细菌生长动力学，图中数据为暴露于2倍MIC的相应抗生素的大肠杆菌细胞的光密度；图3c示出CNRP处理导致大肠杆菌的裂解，该图为三次独立实验的代表；图3d示出在亚MIC水平的抗菌药物的存在下，连续传代过程中的耐药性获得情况；图3e示出在10倍MIC的CNRP抗生素的存在下，在37℃下培养至中对数期(OD约为0.5)的大肠杆菌的原子力显微镜图像，白色方框突出显示为了获得经brevicidine处理的细胞表面的高分辨率轮廓图像而扫描的区域，该区域在图3e右上方示出；图示扫描是两次独立实验的代表；图3f示出brevicidine和laterocidine在用大肠杆菌感染的小鼠大腿模型中的药效：用brevicidine(30mgkg-1)或laterocidine(15mgkg-1)处理(2次)大肠杆菌感染的大腿(5只小鼠)导致在26h后活菌数量减少。通过Mann-Whitney检验来分析组与组之间的差异显著性(*P<0.01)。在a-f中，con：阴性对照,bre：brevicidine，lat：laterocidine，ply：多粘菌素，lev：左氧氟沙星，cpf：环丙沙星。图4示出CNRPBGC全基因组挖掘的计算机工作流程。其中，步骤a示出从GenBank下载7,395份完整的或者作为草稿的细菌基因组，并利用单机版的antiSMASH进行BGC分析和NRP序列预测，从而鉴别出29,461个NRPBGC，其中有817个NRPBGC编码长度大于或等于6的CNRP；步骤b示出将预测的肽序列提交给EF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阳离子脂肽，其特征在于，所述阳离子脂肽包含：具有6‑12个碳的N端脂肪酰基；含有3‑12个氨基酸的线性肽段，其中该线性肽段通过其N端与所述N端脂肪酰基相连，并且含有≥2个带正电荷的氨基酸；和含有4‑9个氨基酸的C端亲脂性环肽，其中该C端亲脂性环肽与所述线性肽段的C端相连；并且其中所述阳离子脂肽具有革兰氏阴性菌抗菌性。

【技术特征摘要】
2018.01.25 US 62/621,9291.一种阳离子脂肽，其特征在于，所述阳离子脂肽包含：具有6-12个碳的N端脂肪酰基；含有3-12个氨基酸的线性肽段，其中该线性肽段通过其N端与所述N端脂肪酰基相连，并且含有≥2个带正电荷的氨基酸；和含有4-9个氨基酸的C端亲脂性环肽，其中该C端亲脂性环肽与所述线性肽段的C端相连；并且其中所述阳离子脂肽具有革兰氏阴性菌抗菌性。2.根据权利要求1所述的阳离子脂肽，其中所述线性肽段含有4-9个氨基酸。3.根据权利要求1所述的阳离子脂肽，其中所述线性肽段含有2-3个带正电荷的氨基酸。...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱培元，李泳新，钟铮，张伟鹏，
申请(专利权)人：香港科技大学，中国大洋矿产资源研究开发协会，
类型：发明
国别省市：中国香港,81