金环蛇抗菌肽cathelicidin-BF的纯化、基因克隆、结构与功能分析及抗菌机理研究

Cathelicidins是动物体内一个具有多功能的抗菌肽家族，目前仅在哺乳类、鸟类、爬行类和鱼类中有发现。Cathelicidins具有广谱的抗微生物活性，不但对普通革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌以及病毒具有非常强的活性，而且对许多临床耐药微生物同样具有作用。除此之外，cathelicidins具有许多其他生物学活性，如对多种免疫细胞具有趋化作用、诱导肥大细胞脱粒和组织胺释放、调节巨噬细胞转录、促进伤口愈合、诱导血管发生、诱导变异细胞系细胞凋亡和淋巴细胞活化等。 金环蛇（Bungarus fasciatus）属于眼镜蛇科（Elapinae）环蛇属（Bungarus），是一种具有前沟牙的毒蛇，广泛分布于我国广东、广西、福建、江西、海南及云南南部。 在本论文中，我们对金环蛇体内cathelicidins家族抗菌肽cathelicidin-BF进行了一系列研究。 通过凝胶过滤、阳离子交换和反相高压液相三步从金环蛇蛇毒冻干粉中分离纯化得到金环蛇cathelicidins家族抗菌肽，命名为cathelicidin-BF。Edman降解法测定其氨基酸序列为KFFRKLKKSVKKRAKEFFKKPRVIGVSIPF，由30个氨基酸残基组成，ESI-MS测得其分子量为3637.5 Da。 构建了金环蛇毒腺cDNA文库，从中克隆得到了编码cathelicidin-BF前体的cDNA序列。该cDNA序列长度为750 bp，由此推断出的cathelicidin-BF前体由191个氨基酸残基组成，包括信号肽区、保守的cathelin区和成熟肽区三部分。用RT-PCR的方法对cathelicidin-BF的组织表达情况进行了研究，结果表明cathelicidin-BF在金环蛇胃、气管、皮肤、肌肉、心脏、肾脏、肺、脑、小肠、脾脏、肝脏、卵巢、毒腺中均有表达，但各组织表达量存在差异。进化分析表明，金环蛇cathelicidin-BF与鸭嘴兽CATH-3在系统进化树中独立成簇，表明金环蛇与鸭嘴兽有着一定的亲缘关系，这为鸭嘴兽在动物进化中分类地位的确定提供了参考资料。 对cathelicidin-BF可能具有的各种生物学活性进行了研究。Cathelicidin-BF具有广谱的抗微生物活性，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真菌均有活性，Cathelicidins是动物体内一个具有多功能的抗菌肽家族，目前仅在哺乳类、鸟类、爬行类和鱼类中有发现。Cathelicidins具有广谱的抗微生物活性，不但对普通革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌以及病毒具有非常强的活性，而且对许多临床耐药微生物同样具有作用。除此之外，cathelicidins具有许多其他生物学活性，如对多种免疫细胞具有趋化作用、诱导肥大细胞脱粒和组织胺释放、调节巨噬细胞转录、促进伤口愈合、诱导血管发生、诱导变异细胞系细胞凋亡和淋巴细胞活化等。 金环蛇（Bungarus fasciatus）属于眼镜蛇科（Elapinae）环蛇属（Bungarus），是一种具有前沟牙的毒蛇，广泛分布于我国广东、广西、福建、江西、海南及云南南部。 在本论文中，我们对金环蛇体内cathelicidins家族抗菌肽cathelicidin-BF进行了一系列研究。 通过凝胶过滤、阳离子交换和反相高压液相三步从金环蛇蛇毒冻干粉中分离纯化得到金环蛇cathelicidins家族抗菌肽，命名为cathelicidin-BF。Edman降解法测定其氨基酸序列为KFFRKLKKSVKKRAKEFFKKPRVIGVSIPF，由30个氨基酸残基组成，ESI-MS测得其分子量为3637.5 Da。 构建了金环蛇毒腺cDNA文库，从中克隆得到了编码cathelicidin-BF前体的cDNA序列。该cDNA序列长度为750 bp，由此推断出的cathelicidin-BF前体由191个氨基酸残基组成，包括信号肽区、保守的cathelin区和成熟肽区三部分。用RT-PCR的方法对cathelicidin-BF的组织表达情况进行了研究，结果表明cathelicidin-BF在金环蛇胃、气管、皮肤、肌肉、心脏、肾脏、肺、脑、小肠、脾脏、肝脏、卵巢、毒腺中均有表达，但各组织表达量存在差异。进化分析表明，金环蛇cathelicidin-BF与鸭嘴兽CATH-3在系统进化树中独立成簇，表明金环蛇与鸭嘴兽有着一定的亲缘关系，这为鸭嘴兽在动物进化中分类地位的确定提供了参考资料。 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对cathelicidin-BF可能具有的各种生物学活性进行了研究。Cathelicidin-BF具有广谱的抗微生物活性，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真菌均有活性，Cathelicidins是动物体内一个具有多功能的抗菌肽家族，目前仅在哺乳类、鸟类、爬行类和鱼类中有发现。Cathelicidins具有广谱的抗微生物活性，不但对普通革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌以及病毒具有非常强的活性，而且对许多临床耐药微生物同样具有作用。除此之外，cathelicidins具有许多其他生物学活性，如对多种免疫细胞具有趋化作用、诱导肥大细胞脱粒和组织胺释放、调节巨噬细胞转录、促进伤口愈合、诱导血管发生、诱导变异细胞系细胞凋亡和淋巴细胞活化等。 金环蛇（Bungarus fasciatus）属于眼镜蛇科（Elapinae）环蛇属（Bungarus），是一种具有前沟牙的毒蛇，广泛分布于我国广东、广西、福建、江西、海南及云南南部。 在本论文中，我们对金环蛇体内cathelicidins家族抗菌肽cathelicidin-BF进行了一系列研究。 通过凝胶过滤、阳离子交换和反相高压液相三步从金环蛇蛇毒冻干粉中分离纯化得到金环蛇cathelicidins家族抗菌肽，命名为cathelicidin-BF。Edman降解法测定其氨基酸序列为KFFRKLKKSVKKRAKEFFKKPRVIGVSIPF，由30个氨基酸残基组成，ESI-MS测得其分子量为3637.5 Da。 构建了金环蛇毒腺cDNA文库，从中克隆得到了编码cathelicidin-BF前体的cDNA序列。该cDNA序列长度为750 bp，由此推断出的cathelicidin-BF前体由191个氨基酸残基组成，包括信号肽区、保守的cathelin区和成熟肽区三部分。用RT-PCR的方法对cathelicidin-BF的组织表达情况进行了研究，结果表明cathelicidin-BF在金环蛇胃、气管、皮肤、肌肉、心脏、肾脏、肺、脑、小肠、脾脏、肝脏、卵巢、毒腺中均有表达，但各组织表达量存在差异。进化分析表明，金环蛇cathelicidin-BF与鸭嘴兽CATH-3在系统进化树中独立成簇，表明金环蛇与鸭嘴兽有着一定的亲缘关系，这为鸭嘴兽在动物进化中分类地位的确定提供了参考资料。 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对cathelicidin-BF可能具有的各种生物学活性进行了研究。Cathelicidin-BF具有广谱的抗微生物活性，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真菌均有活性，Cathelicidins是动物体内一个具有多功能的抗菌肽家族，目前仅在哺乳类、鸟类、爬行类和鱼类中有发现。Cathelicidins具有广谱的抗微生物活性，不但对普通革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、真菌以及病毒具有非常强的活性，而且对许多临床耐药微生物同样具有作用。除此之外，cathelicidins具有许多其他生物学活性，如对多种免疫细胞具有趋化作用、诱导肥大细胞脱粒和组织胺释放、调节巨噬细胞转录、促进伤口愈合、诱导血管发生、诱导变异细胞系细胞凋亡和淋巴细胞活化等。 金环蛇（Bungarus fasciatus）属于眼镜蛇科（Elapinae）环蛇属（Bungarus），是一种具有前沟牙的毒蛇，广泛分布于我国广东、广西、福建、江西、海南及云南南部。 在本论文中，我们对金环蛇体内cathelicidins家族抗菌肽cathelicidin-BF进行了一系列研究。 通过凝胶过滤、阳离子交换和反相高压液相三步从金环蛇蛇毒冻干粉中分离纯化得到金环蛇cathelicidins家族抗菌肽，命名为cathelicidin-BF。Edman降解法测定其氨基酸序列为KFFRKLKKSVKKRAKEFFKKPRVIGVSIPF，由30个氨基酸残基组成，ESI-MS测得其分子量为3637.5 Da。 构建了金环蛇毒腺cDNA文库，从中克隆得到了编码cathelicidin-BF前体的cDNA序列。该cDNA序列长度为750 bp，由此推断出的cathelicidin-BF前体由191个氨基酸残基组成，包括信号肽区、保守的cathelin区和成熟肽区三部分。用RT-PCR的方法对cathelicidin-BF的组织表达情况进行了研究，结果表明cathelicidin-BF在金环蛇胃、气管、皮肤、肌肉、心脏、肾脏、肺、脑、小肠、脾脏、肝脏、卵巢、毒腺中均有表达，但各组织表达量存在差异。进化分析表明，金环蛇cathelicidin-BF与鸭嘴兽CATH-3在系统进化树中独立成簇，表明金环蛇与鸭嘴兽有着一定的亲缘关系，这为鸭嘴兽在动物进化中分类地位的确定提供了参考资料。 对cathelicidin-BF可能具有的各种生物学活性进行了研究。Cathelicidin-BF具有广谱的抗微生物活性，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真菌均有活性，其中包括大量临床分离耐药菌株。Cathelicidin-BF对革兰氏阴性细菌的活性要强于革兰氏阳性细菌，此外对白色念珠菌、毕赤酵母和一些腐生性真菌也具有活性。Cathelicidin-BF的抗氧化活性、溶血活性、凝集素活性、丝氨酸蛋白酶和丝氨酸蛋白酶抑制剂活性、细胞毒性、抗肿瘤活性均不明显。Cathelicidin-BF具有很强的肥大细胞脱颗粒活性。以上结果表明cathelicidin-BF在金环蛇抵御外界病原微生物侵袭的先天免疫反应中可能发挥了重要作用。 利用多种实验方法对cathelicidin-BF的结构和抗菌机理进行了研究。CD和NMR的实验结果表明，在亲水环境中，cathelicidin-BF为无规卷曲的构象；在疏水或模拟细菌细胞质膜的环境中，cathelicidin-BF的N-末端区域具有典型的两亲性α-螺旋构象。杀菌动力学实验结果表明，cathelicidin-BF杀菌作用极其迅速，在浓度大于1×MIC时，在1 min内即可杀死所有细菌，且其杀菌作用是致死性的。扫描电镜结果表明，经过cathelicidin-BF处理的细菌细胞形状发生明显改变，细胞膨胀变形，表面出现大量囊泡状结构。大量细菌细胞破裂溶解，内容物外泄。综合以上结果我们推测：cathelicidin-BF在亲水的环境中为无规卷曲的结构，当通过静电相互作用吸附到细菌细胞质膜上后，由于环境疏水性的增加其N-端转变为两亲性的α-螺旋构象。Cathelicidin-BF的疏水侧插入到细菌细胞质膜内部，亲水侧暴露于细菌细胞质膜表面。随着结合到细菌细胞质膜上的cathelicidin-BF分子不断增加，细菌细胞质膜内陷，最终在细菌细胞质膜上形成孔洞。细菌细胞内容物大量外流，最终导致细菌细胞的死亡。 通过体外和体内多个实验对cathelicidin-BF进行了初步的药理学和药效学研究。Cathelicidin-BF在血清中稳定性较差，容易被血清中各种蛋白酶降解。一定浓度的盐离子能够增强cathelicidin-BF的抗菌活性。动物模型实验表明，cathelicidin-BF对多种细菌引起的小鼠皮肤感染具有很好的治疗效果。Cathelicidin-BF本身所具有的特点及动物模型实验中表现出的极佳的治疗效果使其成为外用抗菌药物开发的优良模板。