环状细胞穿透肽是啥玩意儿？

细胞穿透肽（CPP）是由5到30个氨基酸构成的短小寡肽，它们就像快递小哥相通，大约把多样货色送到细胞里面，大肆穿过生物膜。环状CPP是这群快递小哥中的杰出人物，经过用心蓄意，大约高效地穿透细胞膜，确保货色的厚实性和精确投递。与平时的线性CPP比较，环状CPP的N端和C端通过化学妙技秘要贯串，形成了一个厚实的环状结构，这么一来，它们在细胞内的领受才略大大提高，同期也能最大为止地减少被降解的风险.

环状CPP的类型和结构

A. 阳离子环状CPP是个“带电小子”，包括聚赖氨酸和自然鱼精卵白等成员。阳离子环状CPP的代表有cTAT、FITC-[R3]到FITC-[R9]等一系列“R眷属”成员。环状TAT肽是个“电荷大户”，身上带着六个精氨酸和两个赖氨酸残基，这些带正电的残基就像磁铁相通，与带负电的细胞膜竖立了沉着的静电接头。何况，接头标明，阳离子环状CPP对细胞外名义的多样阴离子实体，比如膜脂质的磷酸基团、核仁卵白和硫酸肝素等卵白聚糖，都有着显耀的亲和力，就像磁铁遭遇了铁屑，一碰就紧紧粘在一皆.

B. 两亲性环状CPP则是个“油水双亲”，在大大批阳离子环肽中，精氨酸和赖氨酸残基心爱扎堆在一皆，但在两亲性肽中，它们却均匀漫步在所有这个词序列中，就像一群小一又友在操场上玩，有的心爱扎堆，有的却心爱漫步开来。此外，两亲性肽还富含疏水残基，比如色氨酸、亮氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸和丙氨酸等。两亲性环状CPP与质膜的归并偏激随后的细胞内摄取神情，与阳离子环状CPP有显耀不同。两亲性肽的特色是它们与膜的疏水区有很强的斗争，并能被整合到脂质双层中，这种重生在阳离子环状细胞穿透肽中是看不到的，就像两亲性肽是个“油水双亲”，而阳离子环状CPP则是个“电荷小子”，它们与膜的互动神情自然不同，这种互异被认为是主要的互相作使劲.

阳离子和两亲性环状 CPP 的结构。（Park S E.等东说念主，2019 年）

环状CPP相干于线性CPP的上风

1. 更高的细胞通透性：环状CPP和线性CPP就像两个快递小哥，环状CPP是个“穿墙妙手”，而线性CPP则是个“平时快递员”。实验终结标明，环状CPP变体的细胞通透性耐久优于疏导序列的线性变体，就像环状CPP能大肆穿过墙壁，而线性CPP却只可绕路走。在存在阿霉素、核苷逆转扼制剂和带负电荷的荧光磷酸肽的情况下，Mandal团队发现富含精氨酸和色氨酸的肽大约穿过细胞，就像这些肽是个“穿墙妙手”，而线性CPP则只可望墙兴叹.

2. 更高的抗卵白水解性：蓄意细胞穿透肽的一种新步伐是通过环化加多CPP的“身体刚度”，就像给快递小哥穿上了一件“防弹衣”。多项接头标明，CPP环化是其抗卵白水解的原因，就像环化让CPP的“身体”变得更硬，装潢易被“敌东说念主”（卵白水解酶）漏洞。接头东说念主员接头了cFΦR4肽访佛物的细胞摄取情况，这些访佛物是由Qian的团队通过改换立体化学和/或肽序列蓄意和合成的，就像他们给CPP换了孤单“新一稔”。接头东说念主员使用合成氨基酸并改换访佛物的序列长度，就像给CPP“量身定作念”了一套一稔。终结标明，富含精氨酸残基的环肽[FΦRRRRQ]（其中Φ代表l-2-萘基丙氨酸）具有出色的卵白水解厚实性，这已通过对小鼠进行的药代能源学接头取得确认，就像这个环肽穿上了“防弹衣”，在小鼠体内也能保握厚实.

3. 提高靶受体亲和力：与线性体式比较，具有环状结构的CPP对靶受体的亲和力要高得多，就像环状CPP是个“黏东说念主精”，而线性CPP则是个“害羞鬼”。亲和力的提高可能是因为环状环更坚韧，不错容忍更恒定的构象彩娱乐官网，从而使其更善于与静态靶位归并，就像环状CPP的“身体”更硬，更容易与靶受体“拥抱”。Ichimizu团队使用多种棕榈酰-聚-精氨酸CPP创造了一种更灵验的参加细胞的药物载体，就像他们给CPP穿上了一件“隐形大氅”，使其能更好地参加细胞.与测试的线性变体比较，由d-十二精氨酸构成的环状肽棕榈酰-环状-(D-Arg)12被阐述注解是一种相称灵验的细胞摄取促进剂，就像这个环状肽是个“超等快递员”，能快速把货色送到细胞内.

4. 阐述出灵验的内体逃跑：对环状CPP的接头标明，它们具有多种有用的秉性，包括加多细胞内领受、抗卵白水解和灭绝内体降解的才略，就像环状CPP是个“逃走妙手”，能大肆从内体中逃走。Mandal团队的机制接头标明，即使在莫得内体生息囊泡的情况下，荧光美艳的F′-[W5R4K]也能马上被领受到细胞核中，就像这个环状CPP是个“隐身侠”，能平直参加细胞核.为了笃定环大小对细胞内领受的影响，Parang团队分娩了几种环状[WR]n肽的访佛物，就像他们给CPP“量身定作念”了不同大小的“环”。那些需要逃离内体才能离开所得内体的环状CPP将极地面受益于这种不依赖内体的细胞领受，就像这些环状CPP找到了一条“捷径”，能快速从内体中逃走.上述Qian团队的接头标明，[FΦRRRRQ]平直与细胞膜上的磷脂归并，主要通过内吞作用参加细胞，并灵验灭绝内体，就像这个环状CPP是个“穿墙妙手”，能大肆穿过细胞膜并从内体中逃走.

与线性 CPP 比较，环状 CPP 具有上风。（Sajid M I.等东说念主，2021 年）

环状CPPs的转运机制

环状CPP可能进行胞吞作用（包括胞饮作用和吞吃作用）、扩散、主动运载、平直浸透/易位和其他细胞参加机制，就像它们有多种“通行证”，不错大肆参加细胞.几种环状CPP通过胞吞作用进行易位，最常见的阶梯是网格卵白介导、小窝介导和网格卵白/小窝零丁，就像它们有多种“交通器具”，不错乘坐不同的“车辆”参加细胞.改换实验竖立标明可能有多种经由在起作用，就像实验条目的变化让环状CPP的“通行证”和“交通器具”也发生了变化.关于富含精氨酸和赖氨酸残基的浸透素样CPP，非常胶束步伐被认为是一种平直易位机制，就像这些CPP是个“穿墙妙手”，能平直穿过生物膜；此外，它们不需要能量来浸透，也不会与膜上的任何受体归并，就像它们不需要“门票”和“导游”就能参加细胞.含有带正电荷残基的浸透素肽最初通过与细胞膜中带负电荷的磷脂归并形成胶束，就像它们先在细胞膜上“搭了个帐篷”，一段时刻后，胶束参加细胞质并开释其货色，其中包括环状CPP，就像“帐篷”拆了，CPP就参加了细胞质.阳离子抗菌环状CPP的其他关连转运机制包括地毯模子，就像生物膜是个“地毯”，这些CPP像“清洁工”相通附着在地毯上，当这些CPP到达膜时，它们会拦截膜的厚实性，从而导致孔隙形成，为环状CPP和货色通达大门，就像“地毯”被掀开了一角，CPP和货色就趁便参加了细胞.被迫扩散允许具有疏水侧链的渺小环状肽参加，其长度小于或等于10个氨基酸，就像这些CPP是个“小偷”，能暗暗地穿过细胞膜；除了具有至少两个疏水残基和三个精氨酸除外，环状肽还应具有不高出九个氨基酸的渺小环，就像它们需要称心一定的“身体要求”才能成为“小偷”.受控两亲性环状CPP通过与生物和内体膜灵验归并来提高内体逃跑效能和内吞领受，就像它们有“通行证”和“交通器具”，彩娱乐官网能快速从内体中逃走并参加细胞；这些两亲性环状CPP还可能穿透生物膜并平直参加细胞，但这种穿透的化学机制仍然未知，就像它们有“秘籍通说念”，但这个通说念的秘籍还没被揭开.其他环状CPP可能非特异性地与生物膜名义的卵白质归并并通过主动运载参加细胞，就像它们有“通行证”和“导游”，能班师参加细胞.这些经由促进了环状CPP参加细胞.富含精氨酸的肽（RRP）（如TAT肽）还有一条替代阶梯，不错绕过内吞阶梯到达核情切细胞质，就像它们有“后门”，能平直参加细胞的“中枢区域”.通过阻断内吞阶梯，他们对几种细胞系进行了接头，包括BHK21-tTA/anti-CHC和小鼠内皮瘤细胞，就像他们把“正门”堵上了，但发现忽略这些内吞阶梯并不可封闭TAT肽转导到核情切细胞质区室，就像TAT肽找到了“后门”，已经能班师参加细胞的“中枢区域”.

环状 CPP 参加细胞所秉承的转运步伐轮廓。（Sajid M I.等东说念主，2021 年）

产生环状细胞穿透肽的环化战略

两种常见的环化步伐是在N端α-胺基和C端α-羧基官能团之间形成酰胺键，以及桥接两个半胱氨酸侧链，就像给CPP的“头”和“尾”之间搭了一座“桥”，或者让两个半胱氨酸“手拉手”形成环状结构.（参考：纯干货共享之多肽修饰：给多肽“穿新衣”）

当赖氨酸和天冬氨酸产生酰胺时，谷氨酸侧链或主肽会发生环化；然而，该经由仅与环状CPP关联，就像只须环状CPP才能通过这种神情形成环状结构.C端α-羧基和N端α-胺基之间的酰胺键使Pfaff团队于1994年露出了肽的环化，就像他们发现了给CPP“头”和“尾”之间搭“桥”的步伐.当肽的N端或C端半胱氨酸侧链被桥接时，就达成了环化，就像半胱氨酸“手拉手”形成了环状结构.合成环状CPP时，二硫键比包括酰胺键在内的更传统的环化步伐更受接待，就像二硫键是个“全能胶”，能让CPP更容易地形成环状结构.

二硫键环化的可逆性和易用性使其成为改善复原环境中肽构象界说的有用器具，就像二硫键是个“魔法胶”，能让CPP在复原环境中保握厚实的环状结构.笔据Lättig-Tünnemann团队的接头，使用二硫键时期进行环化的富含精氨酸的肽和TAT肽在吸见效能方面优于其线性对应物，就像这些环状CPP穿上了“防弹衣”，在细胞内的吸见效能更高.另一项使用疏导环化战略但使用二硫键桥接时期并在终端添加半胱氨酸残基的接头标明，Qian团队生成的环状CPP可被HeLa细胞系灵验领受并阐述出内体逃跑，就像这个环状CPP是个“超等快递员”，能快速把货色送到细胞内并从内体中逃走.

环状细胞穿透肽的诓骗

1. 基因调停：尽管siRNA介导的基因千里默已动作一种新式癌症调停采取取得平凡接头，但灵验的siRNA细胞内寄递挑战尚未克服，就像siRNA是个“害羞鬼”，很难参加细胞里面.很多发现提高了环状CPP在siRNA寄递中的后劲，就像环状CPP是个“超等快递员”，能匡助siRNA班师参加细胞.举例，Shirazi的团队接头了使用涂有环状CPP的金纳米粒子来改善siRNA的运载，就像他们给siRNA穿上了“金甲”，使其更容易参加细胞.接头东说念主员在这项接头中发现，与24小时后单独用siRNA孵育细胞比较，将[WR]5-AuNPs与基于环肽的纳米粒子归并可使HeLa细胞中小干与RNA分子的寄递量加多2至3.8倍，就像环状CPP和金纳米粒子的组合是个“超等快递员”，能大大加多siRNA的寄递量.对这些归并物的细胞毒性的接头标明，与其他载体系统（如脂质体）比较，它们相称安全，就像环状CPP和金纳米粒子的组合是个“安全快递员”，不会对细胞变成伤害.与此访佛，Welch等东说念主在体外和体内实验中阐述注解，二硫键管理环肽（Ac-C(FKFE)2CG-NH2和Ac-C(WR)4CG-NH2）可用于将短干与RNA（siRNA）寄递至小鼠肺的胞质溶胶，就像这些环状CPP是个“穿墙妙手”，能大肆穿过细胞膜将siRNA送到小鼠肺的胞质溶胶中.这一发现标明，这些环状CPP可用于开辟灵验的siRNA寄递剂，从而拦截与疾病关连的基因的抒发，就像环状CPP是个“基因杀手”，能匡助siRNA磨灭疾病基因.

2. 药物输送：大分子和其他亲水性药物化合物的运载是一个广博的难题，然而环状CPP动作药物转运体显现出广博的远景，就像环状CPP是个“超等快递员”，能匡助大分子和亲水性药物班师参加细胞.很多接头标明，它们具有增强现存抗癌和抗菌药物功效的后劲，就像环状CPP是个“药物增强剂”，能让抗癌和抗菌药物更灵验.举例，Parang等东说念主还透顶接头了几种环状CPP动作分子转运体的潜在用途，以[WK]5为例；它已被阐述注解是一种可靠的抗HIV模子药物运载载体，就像[WK]5是个“抗HIV快递员”，能匡助抗HIV药物班师参加细胞.使用[WH]5不错灵验地运输细胞不浸透的灵验载荷，就像[WH]5是个“超等快递员”，能快速把货色送到细胞内.[CR]4显现出带负电荷的磷酸肽的细胞领受率有所提高，而[HR]4已被阐述注解是一种功能性分子转运体，就像[CR]4和[HR]4都是“分子快递员”，能匡助药物班师参加细胞.

3. 抗菌剂：Oh的团队发现，某些两亲性环肽和访佛物对很多药物具有耐药性的微生物具有很强的抗菌作用，就像这些两亲性环肽是“超等抗菌剂”，能磨灭耐药微生物.环肽[R4W4]在所有测试的肽中阐述出对MRSA的最强抗菌作用，最低抑菌浓度（MIC）为2.67 μg/mL，就像[R4W4]是个“MRSA杀手”，能灵验磨灭MRSA.在使用不同的疏水性和阳离子氨基酸进行几次环状修饰后，发现四种精氨酸和四种色氨酸氨基酸阐述出抗菌作用，就像这些氨基酸是“抗菌明星”，能灵验磨灭细菌.奇怪的是，环状[WR]4零落抗菌秉性，但由于其四个瓜代的精氨酸和色氨酸残基，它大约穿透细胞，就像[WR]4是个“细胞穿透妙手”，自然不可平直磨灭细菌，但能匡助其他抗菌药物参加细胞.他们发现了一种荧光美艳的-[R4W4]肽，可用于寄递不可浸透细胞的抗生素，就像这个荧光美艳的-[R4W4]肽是个“抗生素快递员”，能匡助抗生素班师参加细胞.为了阐述注解这种抗菌肽具有分子转运才略，科学家将其与四环素归并，发现其杀灭MRSA细菌的效能比单独使用四环素高出4到8倍，就像这种抗菌肽是个“四环素增强剂”，能让四环素更灵验地磨灭MRSA.作家算计，当与抗生素连络使用时，环状CPP可能告捷扼制MDR细菌，就像环状CPP是个“超等抗菌剂”，能匡助抗生素磨灭耐药细菌.

4. 靶向细胞核：受自然化合物FR235222的启发，Hilário团队创建了一种环状四肽，就像他们从自然化合物中取得了灵感，创造出了一个“环状四肽战士”.然后，他们将一种具有生物活性和荧光性的三唑氨基香豆素动作货色模子，并测试了该四肽穿透细胞膜并导致细胞归天的才略，就像他们给这个“环状四肽战士”装备了一件“生物活性火器”，并测试了它的战斗力.这项接头标明，这种环状CPP不错将渺小的生物活性化合物运输到细胞溶胶和细胞核中，就像这个“环状四肽战士”能将“生物活性火器”送到细胞的“中枢区域”，阐述出坚决的战斗力.

环状 CPP 的生物医学诓骗节录。（Park S E.等东说念主，2019 年）

参考文件：

Park S E., et al., Cyclic cell-penetrating peptides as efficient intracellular drug delivery tools, Molecular pharmaceutics, 2019, 16(9): 3727-3743.

Sajid M I., et al., Applications of amphipathic and cationic cyclic cell-penetrating peptides: Significant therapeutic delivery tool, Peptides, 2021, 141: 170542.

Qian Z., et al., Discovery and mechanism of highly efficient cyclic cell-penetrating peptides, Biochemistry, 2016, 55(18): 2601-2612.

Dougherty P G., et al., Enhancing the cell permeability of stapled peptides with a cyclic cell-penetrating peptide, Journal of medicinal chemistry, 2019, 62(22): 10098-10107.

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