第一作者：占文俊

通讯作者：梁高林

通讯单位：东南大学

研究速览：

近期，东南大学梁高林教授和占文俊副研究员等人在Advanced Healthcare Materials上发表了利用金刚烷-肽偶联物的酶促自组装以对抗金黄色葡萄球菌感染的研究工作。金黄色葡萄球菌(S. aureus)仍然是细菌感染中最常见的病原菌之一。然而，由于耐药性的出现，用常规抗生素根除金黄色葡萄球菌感染变得越来越困难。因此，迫切需要开发新的抗生素类型和抗菌策略。在此，该作者报道了一种金刚烷-肽偶联物，在被金黄色葡萄球菌上组成型表达的碱性磷酸酶(ALP)去磷酸化后，可以原位生成纳米纤维以对抗金黄色葡萄球菌感染。该作者通过将金刚烷连接到磷酸化的四肽Nap-Phe-Phe-Lys-Tyr(H2PO3)-OH，获得了合理设计的金刚烷-肽偶联物Nap-Phe-Phe-Lys(Ada)-Tyr(H2PO3)-OH (Nap-FYp-Ada)。在细菌ALP激活后，Nap-FYp-Ada发生去磷酸化并在金黄色葡萄球菌表面原位自组装成纳米纤维。所形成的组装体与细胞质脂质发生相互作用，从而破坏了细菌内膜的完整性以杀死金黄色葡萄球菌。动物实验进一步证明了Nap-FYp-Ada在体内治疗金黄色葡萄球菌感染中的优异潜力。这项工作为抗菌剂的设计提供了一种新的策略。

一种具有抗金黄色葡萄球菌活性的金刚烷-肽偶联物Nap-FYp-Ada。(a) Nap-FYp-Ada的化学结构及其酶促转化示意图。(b) Nap-FYp-Ada通过原位酶促自组装的抗菌机制示意图。

要点分析：

要点一：

Nap-FYp-Ada的酶促自组装。 Nap-FYp-Ada的原位自组装受ALP控制，因此可以在体外ALP的作用下转化为Nap-FY-Ada，并自组装成纳米纤维或纤维网络。体外细菌共培养及荧光测试也证明了Nap-FYp-Ada也可以在金黄色葡萄球菌的ALP作用下转变为Nap-FY-Ada，并在细胞质脂质上自组装成纳米结构。

要点二：

Nap-FYp-Ada的抗菌性能和生物相容性 。Nap-FYp-Ada对金黄色葡萄球菌的最小抑制浓度(MIC)值为25 uM。Nap-FYp-Ada可以通过原位酶促自组装改变细胞膜通透性，从而破坏了细菌的膜完整性。Nap-FYp-Ada在体外及小鼠伤口感染模型中均显示了良好抗菌活性及生物相容性。

图文导读

图1. 金刚烷-肽偶联物Nap-FYp-Ada在ALP作用前后的体外表征。(a)Nap-FYp-Ada在ALP作用前后及其去磷酸化产物Nap-FY-Ada的HPLC表征。(b)Nap-FYp-Ada和Nap-FY-Ada的CMC值。100 μM Nap-FYp-Ada在ALP (1 U/mL)作用之前(c)和之后(d)的TEM照片。(e) 0.5 wt% Nap-FYp-Ada与20 U/mL ALP在37℃孵育18小时前后的照片。(f) e中形成的水凝胶的流变学表征。

图2. 金刚烷-肽偶联物的细菌定位表征。(a) 不同处理后NR标记金黄色葡萄球菌的激光共聚焦照片。(b) a中相应照片的皮尔逊相关值。(c)不同处理后细菌内NBD荧光强度的流式细胞定量分析。金黄色葡萄球菌分别与25 μM NBD-FYp-Ada，25 μM NBD-FYp-Ada + 25 μM CD，以及25 μM NBD-FYp-Ada + 100 μML-Phe进行培养。

图3. Nap-FYp-Ada的体外抗菌性能。(a)Nap-AYp-Ada、Nap-FYp-Ada/CD和Nap-FYp-Ada对金黄色葡萄球菌的MIC值。不同处理后金黄色葡萄球菌的(b)细胞质膜去极化，(c) 细胞质膜透化，(d) 260nm吸收组分的释放情况，和(e) SEM图像。金黄色葡萄球菌分别与PBS，100 μM Nap-AYp-Ada，100 μM Nap-FYp-Ada/CD，以及100 μM Nap-FYp-Ada进行培养。(f)金黄色葡萄球菌对Nap-FYp-Ada的去磷酸化效果。

图4. Nap-FYp-Ada的体内抗菌性能。(a) 伤口感染模型的建立和治疗程序的示意图。(b) 不同处理后，在第0、1、3、5和7天拍摄的感染伤口的代表性照片。(c) b中伤口面积变化的统计分析。(d) 治疗7天后感染组织的细菌涂板表征和相应的定量统计分析。治疗7天后感染组织的(e)H&E和(f)Masson染色分析。(g) 治疗7天后伤口中炎症因子IL-6的免疫组化染色分析。

结论

在这项工作中，该作者将金刚烷连接到磷酸化的四肽Nap-Phe-Phe-Lys-Tyr(H2PO3)-OH，得到了金刚烷-肽结合物Nap-Phe-Phe-Lys(Ada)-Tyr(H2PO3)-OH (Nap-FYp-Ada)，并利用其酶促自组装来抗金黄色葡萄球菌感染。Nap-FYp-Ada在细菌ALP的作用下，去磷酸化生成Nap-FY-Ada并发生原位自组装形成纳米纤维。该纳米纤维可以靶向金黄色葡萄球菌细胞质脂质，导致细胞质膜的去极化和通透化；随后更多的金刚烷-肽偶联物进入细菌内部发生胞内凝胶化，导致金黄色葡萄球菌的膜渗漏和细胞死亡。MTT和溶血实验证实Nap-FYp-Ada具有良好的体外生物相容性。体内实验表明NapFYp-Ada可以有效地促进伤口愈合并杀死金黄色葡萄球菌细胞，同时副作用很低。值得注意的是，通过使用Nap-AYp-Ada和Nap-FYp-Ada/CD作为两个对照，该作者验证了原位自组装和金刚烷组分在抗菌中的关键作用。这项工作为抗菌剂的设计提供了一种新方法。

全文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202203283

参考文献： Wenjun Zhan, Ge Gao, Zhiyu Liu, Xiaoyang Liu, Lingling Xu, Manli Wang, Hai-Dong Xu, Runqun Tang, Jingyuan Cao, Xianbao Sun, and Gaolin Liang*. Enzymatic Self-Assembly of Adamantane-Peptide Conjugate for Combating Staphylococcus aureus Infection. Advanced Healthcare Materials. 2023, 2203283. doi: 10.1002/adhm.202203283.