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多肽引导蛋白质靶向中枢神经系统转运的研究进展(可编辑).doc

多肽引导蛋白质靶向中枢神经系统转运的研究进展(可编辑)

甜丝丝田思思
2017-11-10 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《多肽引导蛋白质靶向中枢神经系统转运的研究进展(可编辑)doc》,可适用于项目管理领域

多肽引导蛋白质靶向中枢神经系统转运的研究进展(可编辑)多肽引导蛋白质靶向中枢神经系统转运的研究进展多肽引导蛋白质靶向中枢神经系统转运的研究进展付爱玲西南大学药学院重庆摘要靶向性引导具有治疗潜力的大分子蛋白质进入中枢神经系统对其疾病的治疗和研究均具有重要的意义由于多肽在医药领域的生物相容性和易改造性以多肽为转运载体将具有高靶向性和低毒性的作用尤其是来源于嗜神经微生物的多肽如狂犬病毒糖蛋白衍生肽和无毒的破伤风毒素C片段在携带蛋白质高度靶向中枢神经系统转运中发挥了明显的优势以靶向中枢神经系统多肽为载体构建和开发兼具靶向和治疗效果的多功能分子将可能大幅度扩展现有中枢神经系统疾病治疗药物的种类和数量关键词多肽蛋白质靶向输送中枢神经系统疾病中图分类号RProgressoftargeteddeliveryproteinintocentralnervoussystemmediatedbypeptideFUAilingSchoolofPharmaceuticalSciencesSouthwestUniversityChongQingAbstractIIthasimportantvaluethatselectivelydeliversthepotentialtherapeuticalproteinsintocentralnervoussystemintreatingandstudyingrelateddiseasesBecauseofthebiologicalcompatibilityandeasytomodificationofpeptidehighlyspecificityandlowtoxicitywillbeachievedwhenpeptideisusedastransportcarrierEspeciallythepeptidesderivedformneurotropicmicrobialssuchasrabiesvirusglycoproteinderivedpeptideandnontoxicCfragmentoftetanustoxinhavesignificantadvantageintargeteddeliveryproteinsintocentralnervoussystemThemultifunctionalmoleculesthatcontainthepeptideandtherapeuticalproteinswillmultiplythetypesandnumbersofdrugsintreatingcentralnervoussystemdiseasesKeywordspeptideproteintargeteddeliverycentralnervoussystemdiseases中枢神经系统疾病是影响生命健康的重要病症之一将具有治疗作用的物质高靶向性高效率地转运至脑内是人们期待的目标然而靶脑给药首先遇到的障碍即是血脑屏障血脑屏障的存在使许多有潜在治疗价值的大分子物质难以进入脑内为了使这些大分子物质能够通过血脑屏障人们进行了不懈的探索如渗透破坏血脑屏障脑室注射受体介导和载体介导等这些方法各有利弊目前使用多肽如膜穿透肽membranepenetratingpeptideMPP作为转运载体发展迅速在蛋白质等大分子治疗领域备受关注多肽引导蛋白质进入中枢神经系统MPP又称细胞穿透肽蛋白转导区或膜转位序列是具有穿透生物膜脂质双分子层结构的一些富含碱性氨基酸的肽段MPP一般含有,个氨基酸残基它不仅能快速进入几乎所有类型的细胞而且能携带外源物质穿过各种生理屏障以MPP为载体已成功携带多种不同分子量和不同功能的蛋白质进入细胞或进入机体的组织器官这些蛋白质包括酶基金项目本课题受到重庆市自然科学基金CSTCBB和教育部博士点基金的资助作者简介付爱玲女博士教授主要从事药理学与分子生物学的研究Emailfuailingycom类细胞凋亡因子蛋白质类激素分子伴侣和细胞内信号转导分子等等如超氧化物歧化酶抗凋亡蛋白BclxL神经营养因子热休克蛋白等在以往的研究中我们也曾通过基因工程技术将MPP与大分子蛋白质连接形成融合蛋白将该融合蛋白静脉注射到小鼠体内生化指标测定结果显示MPP可成功携带蛋白质进入中枢神经系统内并且动物行为学实验表明融合蛋白具有药理学作用另外以MPP或MPP同种属蛋白质作为免疫抗原腹腔和皮下注射免疫小鼠ELISA结果显示注射组小鼠血中无明显特异性抗体出现说明MPP自身或与同种属蛋白质形成的融合蛋白无免疫原性以异源蛋白质中华鲎血蓝蛋白TachypleusTridentatusHemocyaninTTH为载体蛋白时ELISA结果显示抗体滴度仅为提示异种蛋白与MPP形成的融合蛋白仅有微弱的免疫原性虽然MPP能携带大分子蛋白质通过血脑屏障但存在的问题是MPP能穿透几乎所有细胞的胞膜缺乏组织细胞特异性而理想的生物治疗需要将各种生物活性物质有选择地输送至病变组织细胞内而不进入其他正常组织细胞由于缺乏特异靶向性许多利用MPP作为运送载体的治疗往往需要很大的剂量才能达到需要的效果造成生物活性物质的浪费同时也增大了副反应因此提高MPP的靶向性能起到降低用量提高疗效及减少毒副反应的目的一般认为靶脑蛋白在每克脑中的含量需大于静脉注射量的具有靶向转运功能多肽的设计一般认为提高MPP靶向性的方法有以下种图使用具有靶向性的MPPs图A靶向性序列与MPP连接图BMPP与靶向性的药物连接图CMPP与环境中对温度或pH敏感的物质连接图DMPP与靶向性序列作为药物复合物的一部分图E根据不同情况可选择不同的靶向性方法但提高现有MPP的靶向性以及寻找具有靶向作用的新MPP是提高药物靶向性是最直接的途径A药物与具有靶向性的CPPs连接B药物CPPs与靶向性序列连接与具有靶向性的药物连接CCPPsDCPPs与环境中生理变化的物质连接CPPs作为一个靶向性药物复合物的一部分E图CPPs提高细胞选择性的方法CPPs温度或pH敏感子靶向性序列蛋白质MartínetalPharmaceuticals携带蛋白质靶向中枢神经系统转运的多肽自然界存在有嗜神经性的病毒和细菌如狂犬病病毒脊髓灰质炎病毒脑膜炎球菌破伤风杆菌等它们的衣壳蛋白或细胞壁中含有与神经细胞高特异性结合的成分将这些特异性结合区筛选鉴定与具有细胞穿透作用的MPP连接后将可能得到具有高靶向神经细胞的多肽载体狂犬病毒衣壳糖蛋白衍生肽介导的靶向中枢神经系统转运狂犬病毒糖蛋白rabiesvirusglycoproteinRVG是自然界存在的嗜神经性蛋白质它能够携带其它物质向中枢神经系统转运促进其他病毒转运到脑中RVG由个氨基酸残基组成其中已证实位于第位和第位的肽段具有嗜神经性这些肽段是RVG与其特异性的乙酰胆碱受体acetylcholinereceptorAchR结合的关键部位基于RVG结构分别设计出的两个个氨基酸残基的RDPKSVRTWNEIIPSKGCLRVGGRCHPHVNGGGRRRRRRRR下划线部分为MPP和RDPCDIFTKSRGKRASKGSETCGFVDERGGGRRRRRRRRR它们分别由两部分组成由RVG第位或位肽段的羧基端通过连接肽GGG与九聚精氨酸的MPP连接而得连接肽增加了两端肽段的灵活性使用基因工程技术使RDP分别与增强型绿色荧光蛋白enhancedgreenfluorescentproteinEGFP半乳糖苷酶βgalactosidaseβGal连接制备出RDPEGFP和RDPβGal融合蛋白小鼠尾静脉注射融合蛋白后融合蛋白分布于整个脑部包括大脑小脑延髓和脊髓在外周组织则几乎没有分布表明RDP具有高度的脑靶向性能将外源蛋白质特异性地输送到中枢神经细胞中另外改变RDP氨基酸顺序得到特异性的肽段通过外周静脉注射和口服给予后实验证明RDP可携带大分子蛋白质βGal靶向转运至脑内神经元模拟内源性烟碱激活血脑屏障nAchR过程使内皮细胞的紧密连接开放从而进入中枢神经系统内同时BBB血脑屏障上氨基丁酸GABA受体也可能参与了RDP的入脑转运此外将来源于RVG的个氨基酸组成的短肽YTIWMPENPRPGTPCDIFTNSRGKRASNG与个D型精氨酸的MPP连接形成RVGdRYTIWMPENPRPGTPCDIFTNSRGKRASNGGGGdRRRRRRRRR以作为基因的输送工具在体外RVGR可将siRNA转运至神经细胞中产生了有效的基因沉默在小鼠实验中成功地将抗病毒的siRNA输送进感染了脑炎的小鼠脑中重复进行RVGR结合siRNA的治疗不会诱导产生炎性细胞激素或抗肽抗体将RVGYTIWMPENPRPGTPCDIFTNSRGKRASNGC通过PEG修饰与聚合物PAMAM相连与DNA混合后形成的纳米颗粒可以进入小鼠脑毛细血管内皮细胞中特异性的与脑部神经细胞结合这些研究显示RDP多肽可作为外源大分子物质包括蛋白质和核酸穿越血脑屏障治疗中枢神经系统疾病的一种安全有效的方法破伤风毒素C片段介导的蛋白质靶向中枢神经系统转运破伤风毒素tetanustoxinTeNT对脑干神经与元和脊髓前角神经元有高度特异性根据破伤风毒素在体内的作用将其分为ABC三个部分无毒的破伤风毒素C片段CfragmentoftetanustoxinTTC是破伤风毒素C末端的非毒性区域TTC具有与神经元结合内在化逆行和跨突触转运的性质在介导吸收效率方面具有等同于全毒素的功能Bizzini及其同事在年第一次证明了TTC可作为中枢神经系统药物转运的载体随后大量的研究显示TTC通过化学或分子生物学手段与其它大分子蛋白质连接后可携带它们通透血脑屏障靶向性地进入脑干和脊髓前脚神经元目前TTC与蛋白或基因连接的复合物在体外和神经退行性疾病模型中得到了大量应用成为治疗运动神经疾病的特异性载体TTC作为载体的优点不仅在于可特异性地靶向运动神经元而且能有效突破血脑屏障其机制是由于TTC及其复合物在神经元中的逆行转运的天然性质国内外一些学者分别通过化学交联法或基因工程技术证明TTC能够连接活性蛋白质并靶向性进入中枢神经系统这些蛋白质包括辣根过氧化物酶半乳糖苷酶超氧化物歧化酶β–N乙酰己糖胺酶A运动神经元存活蛋白心肌营养素胰岛素样生长因子胶质细胞源性神经营养因子脑源性神经营养因子等给药方法给药有多种如肌肉注射腹腔注射静脉注射脑内注射和鞘内注射等肌肉内注射胶质细胞源性神经营养因子GDNF与TTC复合物后可在脊髓腹侧前角有较高浓度的GDNF鞘内注射可在脊髓内发现高达倍于游离GDNF蛋白的浓集表达出强烈的GDNF活性且无免疫原性进一步利用GDNFTTC重组蛋白质治疗肌萎缩性脊髓侧索硬化症小鼠模型不仅在细胞及分子水平验证了重组蛋白的神经元保护作用而且小鼠的寿命得到明显延长另外TTC与心肌营养素融合蛋白同样表现出脊髓前角细胞的保护作用TTC还可促进胰岛素样生长因子向脊髓内的转运将TTC与BclxL抗凋亡蛋白连接用于谷氨酸诱导的神经元凋亡模型也表现出明显效果这些实验结果表明(TTC携带生物活性蛋白在中枢神经系统疾病的治疗中能够取得一定效果结语开发和使用合适的载体将生物分子靶向性运送到中枢神经系统这是研究和治疗中枢神经系统疾病的必然途径对一个理想的靶向载体应有以下性质连接方法简单易行载体与生物分子形成的复合物能够顺利进入脑内并在脑内有较高浓度的分布靶向机制明确载体与生物分子连接后不影响生物分子的药理作用载体在体内没有毒性和免疫原性以多肽为靶向载体有几个优势多肽的生物相容性高易降解不引起蓄积毒性改造性强易于与生物分子连接等在嗜神经病毒和细菌中寻找靶向中枢神经系统的多肽是得到理想载体的重要方式嗜神经病毒来源的多肽载体尚具有靶向性高的特点根据不同情况有些多肽可直接携带蛋白质进入脑内也有一些载体与其他物质脂质体纳米粒子光子点等结合形成多功能复合物后引导它们靶向脑内转运中枢神经系统靶向多肽的研究和应用将为疾病的研究带来重要影响并大大扩展现有中枢神经系统疾病治疗药物的种类和数量参考文献ReferencesPatelMMGoyalBRBhadadaSVBhattJSAminAFGettingintothebrainapproachestoenhancebraindrugdeliveryJCNSDrugs付爱玲赵宝全蛋白质和核酸的入脑转运M重庆西南师范大学出版社BrasseurRDivitaGHappybirthdaycellpenetratingpeptidesalreadyyearsJBiochimBiophysActaZahidMRobbinsPDProteinTransductionDomainsApplicationsforMolecularMedicineJCurrGeneTherEpubaheadofprintRuQShangBYMiaoQFLiLWuSYGaoRJZhenYSAcellpenetratingpeptideintegratedandenediyneenergizedfusionproteinshowspotentantitumoractivityJEurJPharmSciKenienRShenWCZaroJLVesicletocytosoltransportofdisulfidelinkedcargomediatedbyanamphipathiccellpenetratingpeptideJJDrugTargetChoiYJLeeJYChungCPParkYJCellpenetratingsuperoxidedismutaseattenuatesoxidativestressinducedsenescencebyregulatingtheppCippathwayandrestoresosteoblasticdifferentiationinhumandentalpulpstemcellsJIntJNanomedicineHeffernanCSumerHGuilleminGJManuelpillaiUVermaPJDesignandscreeningofaglialcellspecificcellpenetratingPeptidefortherapeuticapplicationsinmultiplesclerosisJPLoSOneeParkJHLeeJHParkHHRheeWJChoiSSParkTHAproteindeliverysystemusingKccellpenetratingproteinoriginatingfromsilkwormJBiomaterialsFuALLiQDongZHHuangSJWangYXSunMJAlternativetherapyofAlzheimersdiseaseviasupplementationwithcholineacetyltransferaseJNeurosciLettFuALWuSPDongZHSunMJAnoveltherapeuticapproachtodepressionviasupplementwithtyrosinehydroxylaseJBiochemBiophysResCommunPardridgeWMBiopharmaceuticaldrugtargetingtothebrainJJDrugTargetMartínITeixidóMGiraltEBuildingCellSelectivityintoCPPMediatedStrategiesJPharmaceuticalsKimKSMechanismsofmicrobialtraversalofthebloodbrainbarrierJNatRevMicrobiolHuangHXiaoSQinJJiangYYangSLiTGaoYLiZLiTSuXRuanYXuFWangHChenHXiaXConstructionandimmunogenicityofarecombinantpseudotypebaculovirusexpressingtheglycoproteinofrabiesvirusinmiceJArchVirolFuAWangYZhanLZhouRTargetedDeliveryofProteinsintotheCentralNervousSystemMediatedbyRabiesVirusGlycoproteinDerivedPeptideJPharmResXiangLZhouRFuAXuXHuangYHuCTargeteddeliveryoflargefusionproteinintohippocampalneuronsbysystemicadministrationJJDrugTargetKimJYChoiWIKimYHTaeGBraintargeteddeliveryofproteinusingchitosanandRVGpeptideconjugatedpluronicbasednanocarrierJBiomaterialsdoiSZadranSAkopianGZadranHWalshJBaudryMRVGMediatedCalpainGeneSilencingintheBrainImpairsLearningandMemoryJNeuromolecularMedEpubaheadofprintHwangdoWSonSJangJYounHLeeSLeeDLeeYSJeongJMKimWJLeeDSAbraintargetedrabiesvirusglycoproteindisulfidelinkedPEInanocarrierfordeliveryofneurogenicmicroRNAJBiomaterialsRohnSSuttkusAArendtTUeberhamURVGpeptideastransfectionreagentforspecificcdkgenesilencinginvitroandinvivoJJDrugTargetToivonenJMOlivánSOstaRTetanustoxinCfragmentthecourierandthecureJToxinsRouxSSaintClomentCCurieTGirardEMenaFJBarbierJOstaRMolgóJBrletPBrainderivedneurotrophicfactorfacilitatesinvivointernalizationoftetanusneurotoxinCterminalfragmentfusionproteinsinmaturemousemotornerveterminalsJEurJNeurosciIgoaMCalvoACCirizaJMuozMJZaragozaPOstaRMorenoNonviralgenedeliveryoftheGDNFeitheraloneorfusedtotheCfragmentoftetanustoxinproteinprolongssurvivalinamouseALSmodelJRestorNeurolNeurosciChianRJLiJAyICeliaSAKashiBBTamrazianEMatthewsJCBronsonRTRossomandoAPepinskyRBFishmanPSBrownRHJrFrancisJWIGFtetanustoxinfragmentCfusionproteinimprovesdeliveryofIGFtospinalcordbutfailstoprolongsurvivalofALSmiceJBrainResCarltonETengQFedericiTYangJRileyJBoulisNMFusionofthetetanustoxinCfragmentbindingdomainandBclxLforprotectionofperipheralnerveneuronsJNeurosurgerydiscussionRDP的靶向中枢神经系统转运的原理可能是RDP可能与血脑屏障上的nAchR结合

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