研究揭秘 细胞穿透肽如何跨细胞膜易位

细胞穿透肽 (CPP) 越来越多地用于原核细胞和真核细胞中的细胞药物递送，寡聚精氨酸引起了广泛关注。富含精氨酸的 CPP 如何跨细胞膜易位，特别是对于原核生物，仍然未知。富含精氨酸的 CPP 可有效地将抗菌肽核酸 (PNA) 递送至细菌中的细胞内 mRNA 靶标。

哥本哈根大学一研究团队发现，在大肠杆菌中对结合于富含精氨酸的CPP的PNA的抗性需要多次基因修饰，且只针对CPP而不是PNA部分。构成激活的cpx包膜应激反应系统(cpx*)是抗性的一个组成部分，它降低了细胞质膜电位。这表明与富含精氨酸CPPs结合的抗菌素具有间接的能量依赖吸收机制。一致地，cpx*突变体显示出对氨基糖苷类和富含精氨酸的 CPP 的耐受性增加，该 CPP 与靶向 DNA 滑动钳的肽结合；也就是说，大肠杆菌对这些抗菌化合物的吸收类似。

抗菌素耐药性是21世纪的重大挑战之一。因此，将新的抗菌化合物，包括抗菌肽引入临床应用的研究正在加速。反义技术作为一种基因靶向精密药物，近年来已生产出几种临床应用新药基于假肽DNA模拟的药物。肽核酸（PNA）和磷酸二氨基吗啉寡核苷酸（PMO）已被提出作为未来抗生素。细胞膜的疏水性使其不易渗透到大多数蛋白质、肽和寡核苷酸，包括PNA和PMO2。因此，这些都需要一个载体分子（即细胞穿透肽），才能有效地转运到细胞质中。

CPP通常是富含碱性（赖氨酸和精氨酸）和疏水氨基酸的短肽。聚精氨酸进入细胞的效率比其他多阳离子均聚物（包括聚赖氨酸）和富含精氨酸的CPP更有效，也是应用最广泛和研究最多的。但目前尚不清楚这些物质如何转运到真核细胞和原核细胞中。

在该项研究中，研究人员分离并鉴定了抗（R-Ahx-R）4-Ahx-(βAla）-PNA的突变体。对RXR-PNA耐药性的增加部分是由于构成型活性cpx反应，它介导了ΔΨ跨细胞质膜的减少。这种表型赋予交叉耐药性氨基糖苷和R11-APIM，表明类似的吸收之间的抗菌化合物。这些观察结果强调了胞外应激反应在调节细胞质膜以避免细胞内靶向抗菌肽停止生长中的重要性。

通过一系列数据及实验，研究数据表明胞质膜是吸收富含精氨酸多肽的主要屏障，这种跨越依赖于细胞膜上的电位差。因此，由于呼吸操纵子的下调导致电位的降低，Cpx包膜应激反应的激活可以限制摄取。后者也解释了由富含精氨酸的多肽和氨基糖苷传递的抗菌素之间的交叉耐药性。两个新发现的Cpx突变让我们对Cpx系统的感知和激活有了更深入的了解。

参考文献： Frimodt-Møller J, Koulouktsis A, Charbon G, Otterlei M, Nielsen PE, Løbner Olesen A, Activating the Cpx response induce tolerance to antisense PNA delivered by an arginine rich peptide in Escherichia coli, Molecular Therapy: Nucleic Acid (2021), doi: https://doi.org/10.1016/ j.omtn.2021.06.009.