LPS与富含色氨酸抗菌肽的相互作用及其对抗菌活性的影响

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革兰氏阴性菌所引发的败血性休克已对人类健康造成了极大的威胁,其细胞壁主要成分脂多糖(LPS)是诱发败血性休克的主要原因。本文研究了LPS对阳离子抗菌肽的抗菌活性的影响,以及LPS与抗菌肽之间的相互作用。  抗菌肽L-K6是从中国林蛙(Rana chensinensis)皮肤分泌物分离纯化而来的天然抗菌肽temporin-1CEb的衍生肽,实验室前期对L-K6进行了改造,通过对位置1、4、5、11和12的亮氨酸和异亮氨酸进行色氨酸(Trp)替换,合成了7种含有Trp的新型改造肽,这7种抗菌肽都含有6个净正电荷,对大肠杆菌等2种革兰氏阴性菌有较好的抗菌活性,对肺炎克雷伯菌等3种菌活性较差。本论文首先研究了LPS对7种含Trp抗菌肽的抗菌活性的影响,结果表明:LPS不同程度地抑制7种抗菌肽的抗菌活性,并且随LPS的浓度的增大,抗菌活性越小,尤其是L11W、L12W的抗菌活性受LPS的影响最大。这种影响与LPS抑制7种含Trp抗菌肽的膜作用活性有直接关系。膜去极化实验结果显示抗菌肽对大肠杆菌原生质体的细胞膜去极化作用很强,与没有LPS外膜的革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌的去极化作用效果相似,但对完整的大肠杆菌的作用明显降低。LPS对7种抗菌肽的膜去极化作用效果不同,对L12W的影响最大,L12W对去掉LPS细胞外膜的大肠杆菌原生质体去极化作用最强,对其它肽的影响不大,I1WL5W的去极化作用不受LPS的影响。模拟细菌外膜的脂质体钙黄绿素的释放的实验结果也进一步证明了LPS降低了7种含有Trp的抗菌肽对膜通透性的作用,结果与去极化效果相似。通过激光共聚焦的观察发现,7种含有Trp的抗菌肽能够破坏大肠杆菌细胞膜,进入细胞而杀死细菌,这是因为Trp残基有高程度的疏水性,容易插入细菌膜内。  7种含有Trp抗菌肽均带有正电荷,是阳离子抗菌肽,而LPS带有负电荷,本论文研究了这些抗菌肽与LPS之间的相互作用。采用CD光谱实验,等温滴定量热法(ITC),Zeta电势,动态光散射(DLS)和FITC-LPS的解聚实验,探讨了7种含有Trp抗菌肽通过静电作用与LPS结合,渗透细菌外膜,最终破坏细胞质膜的作用机制。CD光谱显示,7种抗菌肽在SP缓冲溶液中均呈无规则卷曲结构,但在LPS溶液中,四种抗菌肽的二级结构呈现规则的α-螺旋结构,说明LPS可以诱导抗菌肽形成规则结构。ITC实验通过对热力学参数的分析显示37℃下抗菌肽与LPS的结合是一个放热的过程,表明抗菌肽的正电荷可以通过静电作用与LPS的负电荷结合。Zeta电势实验显示LPS与7种抗菌肽发生电荷补偿现象,也说明抗菌肽能与LPS相互结合。DLS和FITC-LPS解聚实验显示抗菌肽与LPS结合后,能解聚LPS聚集体,使聚合状态的LPS分子粒径变小,有利于抗菌肽的渗入。7种抗菌肽的结合LPS及解聚LPS的效果不同,I1WL5W解聚效果最好,完全消除了大分子的LPS聚集体。  总之,7种含有Trp的抗菌肽的抗菌活性不同程度的受LPS的影响,细菌外膜中的LPS是抗菌肽的第一个渗透屏障,随着肽与LPS的相互作用,部分抗菌肽得以穿透外膜到达内膜,发挥杀菌作用。
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