一种基于抗菌聚肽的主客体复合物及其制备方法与应用

本发明属于高分子材料和药物，具体涉及一种基于抗菌聚肽的主客体复合物及其制备方法与应用。

背景技术：

1、抗菌肽(antimicrobial peptides，amps)是大多数生物体对病原微生物进行自然防御的重要组成部分。大多数amps主要由正电性氨基酸和疏水氨基酸组成，具有正电两亲性，且呈一定的二级结构，如α螺旋或β折叠结构。与细菌接触时，amps首先利用正电性区域与负电性细胞膜结合，随后将疏水结构域插入膜内，引起细胞膜流动性改变，甚至直接导致细菌死亡。amps的特殊作用机理赋予其不易产生耐药性的优势，因此被视作一类具有发展前景的新型抗菌药物。然而，由于天然amps在体内存在容易被蛋白酶降解、非特异性毒性大等问题，其临床应用受到严重阻碍。

2、为了提高amps的抗菌选择性，有研究者通过改变正电性氨基酸和疏水氨基酸的种类、比例、序列等调控其两亲性和二级结构，减弱其对正常细胞的毒性，同时使抗菌活性不受影响。也有人在amps上修饰细菌感染微环境敏感基团，破坏amps的螺旋结构和破膜活性，降低细胞毒性，而在感染部位选择性脱去敏感基团，恢复二级结构并对细菌造成杀伤(xiong menghua,et al.bacteria-assisted activation of antimicrobialpolypeptides by a random-coil to helix transition[j].angewandte chemie,2017,56(36):10826-10829)。但是，这些方式要求进行大量复杂的合成、筛选和优化工作，效率较低。因此，开发一种能有效降低amps毒性且保留其抗菌活性的简便、高效的方法，具有重要的意义。

3、主客体相互作用是一种已经得到充分研究的非共价相互作用，利用主体分子与客体分子的空间结构、亲疏水性和基团特性等形成主客体复合物，其形成过程简便、快速，不需要进行复杂冗长的化学合成方法。同时，主客体的结合具有可逆性，在存在具有更强相互作用的分子时，复合物可发生解体，主体或客体分子与另一分子形成新的复合物。目前已经有许多研究利用主客体作用设计和优化药物性能，包括用于增强靶向性、提高药物在体内的水溶性和稳定性等。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于抗菌聚肽的主客体复合物及其制备方法与应用；本发明的基于抗菌聚肽的主客体复合物由优选主体分子和抗菌聚肽客体构成的、具有高抗菌选择性的主客体复合物。该复合物在正常细胞表面呈无规卷曲结构，对细胞膜破膜活性弱。而细菌细胞膜上高表达的脂质磷脂酰甘油(pg)与抗菌聚肽具有更强的相互作用，可诱导复合物解体，恢复抗菌聚肽的螺旋结构和强破膜活性，从而实现对细菌的高选择性杀伤。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于抗菌聚肽的主客体复合物，包括抗菌聚肽和主体分子；

4、所述抗菌聚肽的结构式如下：

5、

6、其中，n代表结构单元重复数，取值范围为4-16(4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16)；

7、m代表碳原子数目，取值范围为0-8(0、1、2、3、4、5、6、7、8)；

8、r1、r2、r3分别选自：烷基、芳香基取代的烷基；

9、所述主体分子为冠醚、冠醚衍生物、杯芳烃、杯芳烃衍生物、柱芳烃、柱芳烃衍生物、环糊精、环糊精衍生物、葫芦脲和葫芦脲衍生物中的至少一种。

10、优选的，r1、r2、r3分别选自：c1-c15烷基、芳香基取代的c1-c15烷基；

11、进一步优选的，r1、r2、r3分别选自：c1-c12烷基、苯基取代的c1-c3烷基。

12、更优选的，r1、r2、r3分别选自：甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、戊烷基、己基、庚基、异辛基、壬烷基、癸烷基、十一烷基、十二烷基、十四烷基、苯基、苄基。

13、更优选的，r1、r2选自：甲基、乙基；r3选自：甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、戊烷基、己基、庚基、异辛基、壬烷基、癸烷基、十一烷基、十二烷基、十四烷基、苯基、苄基。

14、优选的，所述抗菌聚肽的侧链数与主体分子的摩尔比为1：1-10。

15、上述的基于抗菌聚肽的主客体复合物的制备方法，包括如下步骤：

16、分别将抗菌聚肽与主体分子溶于水相溶剂中，然后混合，超声处理，得到所述基于抗菌聚肽的主客体复合物。

17、优选的，所述抗菌聚肽的侧链数与主体分子的摩尔比为1：1-10。

18、优选的，所述水相溶剂为超纯水；

19、优选的，所述超声处理的时间为5-30min；

20、优选的，所述抗菌聚肽与水相溶剂的质量体积比为1：0.01-10ml；

21、优选的，所述主体分子与水相溶剂的质量体积比为1：0.1-10ml。

22、上述的基于抗菌聚肽的主客体复合物在制备治疗细菌感染的药物中的应用。

23、优选的，所述细菌为革兰氏阴性杆菌、革兰氏阴性假单胞菌、革兰氏阳性葡萄球菌、革兰氏阳性球菌、革兰氏阳性球杆菌、链球菌。

24、进一步优选的，所述细菌为大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌、粪肠球菌、化脓性链球菌、肺炎链球菌、鲍曼不动杆菌、肺炎双球菌、绿脓杆菌。

25、本发明的主客体复合物由不同主体分子和作为客体分子的螺旋结构抗菌聚肽构成：

26、其中，主体分子为冠醚、杯芳烃、柱芳烃、环糊精、葫芦脲等常用主体分子及其衍生物：

27、在其中一些实施例中，主体分子选自：15-冠醚-5、18-冠醚-6、杯[n]芳烃(n＝4、6、8)、α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精、柱[n]芳烃(n＝5、6、7、9、10)、葫芦[n]脲(n＝6、7、8)及其衍生物；

28、在其中一些实施例中，主体分子选自：18-冠醚-6、β-环糊精、葫芦[6]脲、葫芦[7]脲；

29、在其中一些实施例中，主体分子选自：葫芦[7]脲；

30、其中，螺旋结构抗菌聚肽具有式(i)所示结构：

31、

32、其中，

33、n代表结构单元重复数，取值范围为4-16；

34、m代表碳原子数目，取值范围为0-8；

35、r1、r2、r3分别选自：烷基、芳香基取代的烷基；

36、在其中一些实施例中，r1、r2、r3分别选自：c1-c15烷基、芳香基取代的c1-c15烷基。

37、在其中一些实施例中，r1、r2、r3分别选自：c1-c12烷基、苯基取代的c1-c3烷基。

38、在其中一些实施例中，r1、r2、r3分别选自：甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、戊烷基、己基、庚基、异辛基、壬烷基、癸烷基、十一烷基、十二烷基、十四烷基、苯基、苄基。

39、本发明还提供了上述抗菌聚肽与主体分子形成主客体复合物的制备方法。

40、具体技术方案如下：

41、一种抗菌聚肽与主体分子形成主客体复合物的制备方法，包括如下步骤：分别将所述抗菌聚肽与主体分子溶于水相溶剂中，按照一定比例混合后，超声至完全溶解，即得所述的抗菌聚肽与主体分子的主客体复合物。

42、在其中一些实施例中，所述水相溶剂为超纯水。

43、在其中一些实施例中，所述抗菌聚肽与主体分子的摩尔比为1：10。

44、在其中一些实施例中，所述抗菌聚肽与主体分子形成主客体复合物的制备方法包括如下步骤：称取10mg抗菌聚肽(1eq，假设聚合度为10，则侧链10eq)溶于1ml去离子水中，配成10mg/ml多肽母液。称取10mg葫芦[7]脲(cb[7])于1ml去离子水中，超声至完全溶解，得到10mg/ml cb[7]水溶液。以c6ho为例，将300μl超纯水和250μl 10mg/ml的c6ho溶液混合均匀后，加入700μl 10mg/ml cb[7]水溶液，超声反应5min，得到1.25ml浓度为2mg/ml的主客体复合物水溶液(主客体复合物水溶液的浓度以抗菌聚肽的含量计，下同)。r1，r2和r3为其它基团的抗菌聚肽均以相同方式制备浓度为2mg/ml的溶液(控制抗菌聚肽侧链和葫芦[7]脲的摩尔比为1:1，还有额外超纯水的量来控制最终产物浓度)。

45、本发明还提供了上述抗菌聚肽主客体复合物的应用。

46、具体技术方案如下：

47、上述的抗菌聚肽或抗菌聚肽主客体复合物或其药学上可接受的盐在制备治疗细菌感染的药物中的应用。

48、在其中一些实施例中，所述细菌为革兰氏阴性杆菌、革兰氏阴性假单胞菌、革兰氏阳性葡萄球菌、革兰氏阳性球菌、革兰氏阳性球杆菌、链球菌。

49、在其中一些实施例中，所述细菌为大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌、粪肠球菌、化脓性链球菌、肺炎链球菌、鲍曼不动杆菌、肺炎双球菌、绿脓杆菌。

50、本发明还提供了一种抗细菌感染的药物。

51、具体技术方案如下：

52、一种治疗细菌感染的药物，由活性成分和药学上可接受的辅料制备得到，所述活性成分包括上述的抗菌聚肽或抗菌聚肽主客体复合物或其药学上可接受的盐。

53、基于上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

54、本发明提供了一种利用主客体相互作用显著提高抗菌聚肽抗菌选择性的策略。该抗菌聚肽由疏水端基、螺旋结构主链和正电性侧链组成，主体分子为具有良好水溶性的β-环糊精(β-cd)、18-冠醚-6(18-ce-6)、葫芦[6]脲(cb[6])、葫芦[7]脲(cb[7])等，主体分子可通过主客体相互作用与抗菌聚肽形成主客体复合物，破坏聚肽螺旋结构。选择合适结构的抗菌聚肽和主体分子组合，可使二者的相互作用强度适中，如实施例中的c6ho-cb[7]复合物，其在正常细胞表面维持稳定的无规结构抗菌聚肽复合物，避免对正常细胞造成杀伤。而在细菌细胞膜脂质成分作用下，复合物解体并释放出螺旋结构抗菌聚肽，高效杀伤细菌，由此显著提高抗菌聚肽的抗菌选择性。该减毒策略可直接选择不同主体分子对已有的高抗菌活性和高细胞毒性的抗菌肽体系进行优化，简便快捷，无需对抗菌肽结构进行费时费力的设计和合成。此外，复合物在细菌表面激活，可有效减弱抗菌肽对正常细胞的毒副作用，为高选择性抗菌药物的设计提供了新思路。