细胞穿膜肽的研究概况
Advances in Marine Sciences 海洋科学前沿, 2018, 5(2), 29-37Published Online June 2018 in Hans. /journal/amshttps:///10.12677/ams.2018.52004Review on the Research of Cell-Penetrating PeptidesYueru Chen1, Mengxi Wu1, Qian Hu1, Huarong Guo1,2*1Ministry of Education Key Laboratory of Marine Genetics and Breeding, College of Marine Life Sciences, Ocean University of China, Qingdao Shandong2Institute of Evolution and Marine Biodiversity, Ocean University of China, Qingdao ShandongReceived: Apr. 26th, 2018; accepted: May 16th, 2018; published: May 23rd, 2018AbstractAlthough biomacromolecules play an important role in the treatment of many diseases, its practical application is limited due to the natural barrier of the cell membrane. Cell-penetrating peptides area kind of small molecular peptides with remarkable capacity for membrane translocation and cancarry various macromolecules into cells including peptides, proteins, nucleic acids, and so on, opening a new way for exogenous substances to enter into cells. As a novel delivery tool, CPPs have promising application prospect. In this paper, we reviewed the classification and transmembrane mechanism of CPPs, and its use in the cancer therapy and marine biology as carrier.KeywordsCell-Penetrating Peptides, Structure, Classification, Transmembrane Mechanism, Cancer Therapy, Marine Biology细胞穿膜肽的研究概况陈月如1，毋梦茜1，胡倩1，郭华荣1,2*1中国海洋大学海洋生命学院，海洋生物遗传学与育种教育部重点实验室，山东青岛2中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所，山东青岛收稿日期：2018年4月26日；录用日期：2018年5月16日；发布日期：2018年5月23日摘要生物大分子在许多疾病的治疗中发挥着重要的作用，但由于细胞膜的天然屏障作用，使得这些生物大分*通讯作者。
陈月如等子的实际应用受到限制。
细胞穿膜肽(cell-penetrating peptides，CPPs)是一类具有较强跨膜转运能力的小分子肽，可携带多肽、蛋白质和核酸等多种大分子物质进入细胞，开辟了外源物质进入细胞的新途径。
细胞穿膜肽作为一种新型递送工具，具有广阔的应用前景。
本文综述了细胞穿膜肽的分类、穿膜机制及其作为转运载体在癌症治疗以及海洋生物中的应用。
关键词细胞穿膜肽，结构，分类，穿膜机制，癌症治疗，海洋生物Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 引言多肽、蛋白质和基因类生物大分子药物在许多疾病的治疗中发挥着重要的作用，但由于其尺寸较大和低亲脂特性，导致其不能有效穿过细胞膜，使得这些具有治疗价值的生物大分子在医学等领域的应用受到了极大限制。
当前常用的将生物大分子导入细胞的方法有脂质体介导法、病毒载体介导法、电穿孔法和显微注射法等，但这些方法具有转运效率低、细胞毒性大、安全性差、靶向特异性差等缺点，极大地限制了其大规模应用。
因此，开发高效、安全的生物大分子跨膜转运技术成为了一项重要挑战，而细胞穿膜肽(cell-penetrating peptides，CPPs)的发现为以上问题的解决提供了新的思路。
Green等(1988)最早发现人类免疫缺陷病毒HIV的转录反式激活因子(trans-activator of transcription，TAT)具有穿过细胞膜的能力[1]；随后Vives等又证实，TAT蛋白的47~57位氨基酸对穿膜效应起关键作用[2]。
像这类具有跨膜转运能力的小分子短肽被称为细胞穿膜肽，其由5~30个氨基酸残基组成，不仅能够自身穿透细胞膜，还能以共价或非共价结合的方式携带多肽、蛋白质、核酸和纳米颗粒等多种外源性物质进入细胞，又被称为膜转运蛋白(membrane transduction peptides, MTPs)或蛋白转导结构域(protein transduction domains, PTDs)。
CPPs的穿膜目标非常广泛，可以进入多种细胞类型，在体内应用时甚至能够通过血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)。
迄今为止已发现多种天然存在及人工合成的细胞穿膜肽，如人类免疫缺陷病毒HIV的转录反式激活因子TAT、果蝇同源异型转录因子ANTP、单纯疱疹病毒1型(HSV-1)转录因子VP22以及人工合成的多聚精氨酸和多聚赖氨酸等。
本文就细胞穿膜肽的分类、穿膜机制及其在癌症治疗和海洋生物中的应用进行综述。
2. 细胞穿膜肽的结构特点与分类CPPs的种类繁多，其分类依据有物理化学特性、来源、摄入机制、生物医学应用等，目前尚没有统一的定论。
根据其物理化学特性，CPPs可以分为三种类型：阳离子型、两亲型和疏水型，其中以阳离子型和两亲型CPPs为主，约占85%，而疏水型CPPs仅占15% [3]。
2.1. 阳离子型CPPs阳离子型CPPs由富含精氨酸、赖氨酸和组氨酸的短肽组成，如TAT，Penetratin，Polyarginine，P22N，DPV3和DPV6等。
其中，精氨酸含有胍基，能和细胞膜上带负电荷的磷酸基团以氢键连接，在生理PH 值条件下介导CPPs入膜。
寡聚精氨酸(从3 R到12 R)的研究表明，精氨酸的数量最低为8时才具有穿膜陈月如等能力，且随着精氨酸数量的增加，穿膜能力也逐渐增加。
而赖氨酸虽然和精氨酸一样带有阳离子，但其不含胍基，因此当其单独存在时，其穿膜效率就不太高[4]。
Futaki等(2001)发现阳离子型细胞穿膜肽至少含有８个带正电荷的氨基酸时才能达到好的穿膜效果[5]。
尽管带正电荷的氨基酸残基对于CPPs穿膜至关重要，但其他氨基酸也同样重要，例如当W14突变成F后，Penetratin的穿膜性就消失了[6]。
有一类特殊的阳离子型CPPs为核定位信号序列(nuclear localization sequences，NLSs)，是由一段富含精氨酸、赖氨酸和脯氨酸的短肽组成，能够通过核孔复合体而转运到细胞核内。
NLSs可以进一步分为单分型和双分型，分别由一簇和两簇碱性氨基酸组成，例如来至猿猴病毒40(SV40)的PKKKRKV为单分型NLS，而核质蛋白为双分型NLS，其发挥穿膜能力的最短序列为KRPAATKKAGQAKKKL。
由于大多数NLSs的电荷数小于8，所以NLSs并不是有效的细胞穿膜肽[7]，但当其与疏水性肽序列共价连接形成两亲型CPPs时可以有效穿膜。
2.2. 两亲型CPPs两亲型CPPs由亲水结构域和疏水结构域构成，分为初级两亲型、次级α-螺旋两亲型、β-折叠两亲型和脯氨酸富集两亲型共四种[3]。
初级两亲型CPPs分为两类，一类由疏水性肽序列和NLSs共价连接而成，如MPG (GLAFLGFLGAAGSTMGAWSQPKKKRKV)和Pep-1 (KETWWETWWTEWSQPKKRKV)，二者均以SV40的核定位信号PKKKRKV为基础，其中MPG的疏水结构域来至于HIV糖蛋白41的融合序列(GALFLGFLGAAGSTMG A)，而Pep-1的疏水结构域来至于对膜有高亲和性的色氨酸富集簇(KETWWET WWTEW)，但二者的疏水结构域均通过WSQP与核定位信号PKKKRKV连接。
另一类初级两亲型CPPs 则从天然蛋白质中分离获得，如pVEC，ARF(1-22)和BPrPr(1-28)。
次级α-螺旋两亲型CPPs则是通过α-螺旋与膜结合，其亲水性氨基酸残基和疏水性氨基酸残基分别位于螺旋结构的不同表面，如MAP (KLALKLALK ALKAALKLA)。
对于β-折叠两亲型CPPs，其形成β-折叠片的能力对其穿膜能力是至关重要的，如在VT5 (DPKGDPKGVTVTVTVTVTGKGDPKPD)的穿膜能力研究过程中，运用D-型氨基酸突变产生的类似物不能形成β-折叠片，其穿膜能力则变得非常差[8]。
在脯氨酸富集的两亲型CPPs中，当脯氨酸在多肽结构中非常富集时，其在纯水中极易形成聚脯氨酸II (PPII)。
PPII为左旋螺旋，每圈含3.0个氨基酸残基，与标准的右旋α-螺旋结构每圈3.6个氨基酸残基完全相反。
脯氨酸富集的两亲型CPPs有牛抗菌肽7(Bac7)、合成多肽(PPR)n(其中n可为3、4、5和6)等。
2.3. 疏水型CPPs疏水型CPPs只含有非极性氨基酸残基，净电荷量低于氨基酸序列总电荷量的20%，或者含有穿膜至关重要的疏水性基序或化学基团。
尽管这类细胞穿膜肽常常被忽视，但它们确实存在，如来源于卡波西式肉瘤的成纤维细胞生长因子(K-FGF)和成纤维细胞生长因子12(F-GF12)。
细胞穿膜肽;结构特点;内化机制.
• 蛋白质及多肽类药物的运输 : • 蛋白质及多肽类药物的运输 ：Wu 等 利用穿膜肽的蛋白转导功能来介导信号肽绿色荧光蛋白-穿膜肽融合蛋白通过细胞膜 和血脑屏障到达靶细胞。研究发现某些穿 膜肽能将细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂的 细胞毒素肽模拟物运输到细胞核内。
• 颗粒运输 ： • Liu 等将Tat 分子连接到生物活性聚合 物核/壳纳米粒的表面形成复合物。其可以 穿过血脑屏障进行药物运输，并可以进入 神经元细胞质。Wei 等研究发现使用一种 异型双功能偶联剂硫代琥珀酰亚氨基-4-对 马来酰亚氨基苯基丁酸酯将HIV-1 Tat 与 MS2 (噬菌体衣壳) VLPs(病毒样颗粒) 结合， 此颗粒可以抑制丙型肝炎病毒(HCV) 的5'非翻译区 (VTR) 和内核糖体进入位点(IREs) 的反义RNA 的翻译。
细胞穿膜肽的跨膜过程及其机制
• 结合模式 • 多位ห้องสมุดไป่ตู้结合模式，带正电荷的CPPs 可 能与细胞膜上带负电荷的葡糖胺聚糖结合， 也有可能与细胞膜上带负电荷的脂质结合。 • 静电吸引模式，即通过疏水性吸附作 用，靠近膜表面的肽段发生非特异性的静 电积聚。
• 内化机制 • 包括易位模式和内吞模式 • 另外CPPs的胍盐基团可以与细胞表面 的负电性基团形成二齿状的氢键，产生的 离子对在膜电位的作用下易位穿过细胞膜， 离子对在膜内部分离， 释放出CPPs到细胞 质中。
细胞穿膜肽及其在药物制 剂中的研究进展
• 细胞穿膜肽的性质、分类
• 细胞穿膜肽的跨膜过程及其机制 • 细胞穿膜肽在药物制剂中的应用
•
穿膜肽是由5~30个氨基酸残基组成的 具有穿透细胞膜的药物载体。穿膜肽在穿 透细胞膜的同时还可介导siRNA、核酸、小 分子药物、蛋白质或其他多肽等进入细胞
细胞穿透肽的原理
细胞穿透肽的原理细胞穿透肽（Cell-penetrating peptide，简称CPPs）是一类具有一定长度的多肽链，能够穿过细胞膜，进入细胞内部的生物活性分子。
这些肽段通常在非天然氨基酸残基的背景上由某些特定序列构成。
CPPs在药物传递、基因治疗和细胞成像等领域具有广泛的应用前景。
本文将详细介绍CPPs的原理和作用机制。
1.细胞膜的结构和特点细胞膜是细胞与外界环境之间的重要界面，具有高度复杂的结构和功能。
细胞膜由磷脂双分子层构成，其中磷脂分子有亲水头部和疏水尾部。
细胞膜上还存在着多种膜蛋白，包括转运蛋白、受体蛋白等。
细胞膜的主要作用是维持细胞内外的物质交换和信息传递。
2.细胞穿透肽的分类根据其序列和结构的不同，CPPs可分为两类：阳离子性肽和非阳离子性肽。
阳离子性肽通常具有多个带正电荷的氨基酸，如精氨酸、赖氨酸等。
非阳离子性肽则没有带正电荷的氨基酸，但通过其他机制实现穿透细胞膜的作用。
3. CPPs的作用机制CPPs具有穿透细胞膜的能力，其作用机制主要有以下几种：3.1静电相互作用阳离子性CPPs的正电荷与细胞膜上的负电荷相互吸引，因此可以通过静电相互作用与细胞膜结合。
一旦结合后，CPPs可以利用这种亲和力穿过细胞膜。
3.2转运蛋白介导细胞膜上存在多种转运蛋白，它们负责细胞内外物质的运输。
某些CPPs能够与这些转运蛋白结合并进入细胞。
这种机制被称为转运蛋白介导。
3.3脂质翻转磷脂分子在细胞膜上具有亲水头部和疏水尾部的特性。
某些CPPs 可以与疏水尾部结合，导致磷脂分子发生翻转，使CPPs进入细胞。
这种机制被称为脂质翻转。
3.4空泡内吞和胞吞作用细胞表面存在许多小囊泡，称为空泡。
某些CPPs能够与这些空泡结合，并通过空泡内吞进入细胞。
此外，CPPs也可以通过胞吞作用，即在细胞表面形成一个小泡，将自身和附着的物质一起带入细胞内。
4. CPPs的应用由于CPPs具有穿透细胞膜的能力，因此在药物传递、基因治疗和细胞成像等领域具有广泛的应用前景。
细胞穿膜肽-抗人膀胱癌单克隆抗体-载丝裂霉素白蛋白纳米微球三联体的靶向性和穿膜活性研究
医学版 Ｊ Ｓ ｄ ｉ ２ Ｏ １ ４， Ｆ ｅ ｂ ； ３ ３ （ １ ） ： ４ ９ — ５ ３ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｍｅ ｄＳ ｉ Ｅｄ 一 ～ ＇ ‘ ／‘ ’ Ｕｎ ｉ ｖ Ｅ 、 （Ｍ ｅ ｄｃ
・４ ９பைடு நூலகம்
细胞 穿 膜 肽一 抗 人膀 胱 癌 单 克 隆 抗体 一 载 丝裂 霉 素 白蛋 白纳 米微 球 三联 体 的 靶 向性 和 穿膜 活性 研 究
［ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］Ｏｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ： ｅ ｖ ｌ ａ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｅ ｍ ｂ ｒ ａ ｎ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｉ ａ ｄ ｏ ｆ ｃ ｅ ｌ ｌ ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ
Ｎ Ｓ形 成三联 体 偶联 物 ， 进行 Ｅ Ｊ 人膀 胱 癌靶 向结合 及 穿膜 试 验 ， 通 过 激光 共 聚 焦 、 扫描 电子 显微 镜 及 透射 电 子 显微镜 检 测其靶 向结合 特异 性和 穿膜 活性 。结 果 ： 成 功地 应 用异 型 双功 能连接 剂 Ｓ Ｐ Ｄ Ｐ偶 联 Ｔ Ａ Ｔ 。 Ｅ Ｇ Ｆ Ｐ 、 Ｂ Ｄ Ｉ － １ 、 载 ＭＭＣ 白蛋 白纳 米微球 制成 三联 体 。 ｒ Ａ Ｔ — Ｅ Ｇ Ｆ Ｐ—Ｂ Ｄ Ｉ 一 １ 一ＭＭＣ — Ｎ Ｓ偶 联 物能 够 成功 进入 细胞发 挥
［ 摘要］目的 ： 探讨细胞穿膜肽 （ Ｔ Ａ Ｔ － Ｅ Ｇ Ｆ Ｐ ） 一 抗人膀胱癌单克隆抗体（ Ｂ Ｄ Ｉ 一 １ ） 一 载丝裂霉素 白蛋 白纳米微球 （ Ｍ Ｍ Ｃ — Ｎ Ｓ ） 三联体的靶 向性和穿膜活性。方法： 采 用异型双功能连接剂 Ｓ Ｐ Ｄ Ｐ ， 偶联 Ｔ Ａ Ｔ — Ｅ Ｇ Ｆ Ｐ 、 Ｂ Ｄ Ｉ 。 １ 、 Ｍ Ｍ Ｃ —
穿膜肽的研究现状及应用
［ ｅ ｒｓ ｃｌ ｐ ｎｔ ｔ ｇｐｐｉｅ； ｅｈ ｎｓ ｆｍｅ ｒｎ ｒｎｌ ａｉ ； ｒｇｄ ｌｅｙ Ｋ ｙ ｗｏｄ ］ ｅ－ ｅｅ ａｉ ｅｔ ｓ ｍ ｃａｉ ｏ ｍｂａｅ ｔ ｓ ｃｔ ｎ ｄ ｅｖｒ ｌ ｒ ｎ ｄ ｍｓ ａ ｏ ｏ ｕ ｉ
细 胞膜 是蛋 白 、 酸 及 药物 分 子进 入 细胞 的生 核
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综
述
穿膜肽 的研 究现状及应用
2.1.1 细胞穿膜肽
细胞穿膜肽细胞穿膜肽又名蛋白质转导域（protein translocation domain, PTD），是一种以非配体-受体介导方式、非胞吞单一方式入胞的多肽，能将各种活性物质运载至胞内，并发挥相应的生物学活性和治疗作用。
由CPPs修饰的纳米药物递送体系包括无机纳米载体、聚合物纳米载体（例如聚合物胶束、聚合物前药纳米颗粒）和脂质体。
1 细胞穿膜肽的发现及种类穿膜肽（Cell-penetrating peptides, CPPs）的发展有三个重要阶段（图7）。
第一，Bienert等人于1987年首次描述通过P物质类似物介导的受体-非依赖性肥大细胞的活化。
同年，一些结构新颖的两亲性多肽模型被报道。
第二个突破是1988年CPPs的概念被首次提出。
Frankel和Pabo 95报道一种源于人免疫缺陷病毒(HIV)的反式激活转导域(TAT)蛋白能够有效地进入细胞。
Green 等人首次报道TA T的37-86位氨基酸片段是具有跨膜转导活性功能的序列。
Fawell于1994 年进一步报道活性序列主要位于37-72位氨基酸片段。
1997年，Vives等人揭露TA T的跨膜转导核心区是47-57的11个氨基酸，这个片段是一段富含碱性氨基酸且带正电荷的具有蛋白转导活性的多肽。
第三个重要基础研究是1996年Joliot等发现了一个由60个氨基酸片段组成的多肽，对应果蝇触足突变基因的同源框，这个多肽可以进入神经元细胞。
值得一提的是TA T肽序列对应HIV-1TA T蛋白的碱性结构域和穿膜序列也同时与果蝇触足同源结构域的第三个螺旋相对应。
图7 CPP的发展史在发现TAT和pAntp肽后的二十年中又有数百个新型CPP被报道。
表3 列出了近年来比较热门的细胞穿膜肽的名称、来源、肽序列以及它们适用载体的种类。
CPPs通常按其物理-化学特性或其来源分类为阳离子穿膜肽，两亲性穿膜肽或疏水穿膜肽。
表3 不同种类的细胞穿膜肽的结构及其应用2 细胞穿膜肽的机理及研究进展研究者从一开始就对细胞穿膜肽穿膜机制的研究产生了兴趣。
细胞穿膜肽的研究及应用
ｔｈｅ ｅｅｌｌ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｉＳ ｅｓｓｅｎｔｉａ１．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ． ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｉｓ ｏｂｓｔａｃｋ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ．
ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｃｅｌｌ—ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｐｅｐｔｉｄｅｓ（ＣＰＰｓ） ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．ＣＰＰｓ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｅｎｔｅｒ（￣ｃｌｌｓ
ｈａｖｅ ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ｏｔ’ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｖａｃｃｉｎｅｓ．ｐｈａｒｍ ａｃｅｕｔｉｃａｌｓ，ａｎｄ ｅｖｅｎ ｉｎｍ ｇｅ ｓｔｕｄｙ．Ｔｈｅ ｎｌｅ（·ｈａ．
ｎｉｓｍ ｏｆ ａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＰＰｓ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．
ｆｒｏｍ ｇａｉｎｉｎｇ ｃｅｌｈｄａｒ ａｃｃｅｓｓ．Ｓｉｎｃｅ ｍａｎｙ ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｓ ａｎｄ ｒｅｐｏｒｔｅｒ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ．
ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｏｈｕ＂ｍｏｌｅ—
ｃｕｌｅｓ， ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅｓ， ａｎｄ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｓ，ｎｍ ｓｔ ｂｅ ｉｎｔｅｒｎａｌｉｚｅｄ ｉｎｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒｌｙ ｆｉｗ ａｔ ｔｉｖｉｔｙ ｃｒｏｓｓｉｎｇ
Ｋｅｙ Ｗ ｏｒｄｓ：Ｃｅｌｌ—Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｐｅｐｔｉｄｅｓ；Ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ａｃｔｉｏｎ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＣＰＰｓ 》 Ｔａｔ４９．５７
Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ●＿●●●－●－＿■●．．．
Ｃａｒｇｏｓ Ｐｅｐｔｉｄｅｓ
＞＞Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎ
细 胞 穿 膜 肽 （ｃｅｌｌ—ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｐｅｐｔｉｄｅｓ． 》 Ｂ－Ｐｅｐｔｉｄｅｓ
小分子穿膜肽技术
小分子穿膜肽技术
小分子穿膜肽首先发现于1988年，由美国圣路易斯大学医学院专家Green等首次报道短肽Tat具有跨过多种细胞膜的作用，随即这种长度一般不超过30个氨基酸的短肽被命名为穿膜肽。
之后随着研究的深入，人们发现穿膜肽不仅自身能自由透过多种细胞膜，而且可以有效携带比其分子量大100倍的具有不同生物活性的物质进入活细胞。
穿膜肽的运载能力与其它运输载体相比，具有快速、高效、广谱、操作简单的特点，并且在一定范围内不会受到机体环境的影响而造成细胞损伤，某些穿膜肽能穿透血脑屏障，有望解决大分子药物进入脑部发挥疗效的问题。
因此，穿膜肽随着药物载体的研究开始在医药行业的应用越来越广泛。
细胞穿膜肽作为载体的研究进展
特产研究147Special Wild Economic Animal and Plant ResearchDOI：10.16720/ki.tcyj.2021.147细胞穿膜肽作为载体的研究进展闫可心，闫宗斌，韩金成，张雪梅，薛书江，许应天※（延边大学农学院，吉林延吉133002）摘要：细胞穿膜肽是一种包含5~30个氨基酸残基的多肽，其自身不仅可穿透细胞膜，而且不会引起细胞损伤，还可以转运亲水分子（肽、蛋白质和核酸）以及纳米粒子等生物大分子物质进入胞内，进入细胞后可降解。
由于细胞穿膜肽具有上述优点，近年来细胞穿膜肽已在肿瘤靶向治疗、新药开发、基因治疗和细胞转染载体等方面的研究取得了显著的进展。
本文对细胞穿膜肽的分类、国内外的研究现状以及在各领域的应用进行综述。
关键词：细胞穿膜肽；分类；研究进展中图分类号：Q73文献标识码：文章编号：1001-4721（2021）06-0147-05YAN Ke-xin,YAN Zong-bin,HAN Jin-cheng,ZHANG Xue-mei,XUE Shu-jiang,XU Ying-tian※(College of Agriculture,Yanbian University,Yanji133002,China ):The cell-penetrating peptide is a polypeptide containing5~30amino acid residues,which can not only penetrate the cell mem-brane but not cause cell damage,but also transport hydrophilic molecules(peptides,proteins,nucleic acids),nanoparticles and other biolog-ical macromolecules into cells,and degrade after entering cells.Because of the advantages of cell membrane-penetrating peptides.In recent years,cell-penetrating peptides have made remarkable progress in the research of tumor targeted therapy,new drugs development,genes therapy,cells transfection vector and so on.In this paper,the classification,research status at home and abroad and applications in various fields of cell-penetrating peptides arereviewed.:cell penetrating peptides;classification;research progress细胞膜主要是由磷脂构成的半透性膜，具有选择透过性，分子质量不超过600Da的物质才能透过细胞膜进入到细胞中，蛋白质、多肽和核酸等大分子物质不易进入细胞中且难以达到足够的浓度，故而为了实现跨膜的目的，需要运输载体的辅助。
细胞选择性穿膜肽的穿膜效果研究
细胞选择性穿膜肽的穿膜效果研究作者：谭拥军王坤余雳黄小芹陈燕谭桂湘来源：《湖南大学学报·自然科学版》2019年第06期摘; ;要：细胞穿膜肽是一类能够穿透细胞膜并且不损坏细胞膜结构的小分子多肽，该多肽一般由不多于30个氨基酸组成. 针对FITC标记的具有肺癌或肝癌细胞选择性的两种穿膜肽，设置不同浓度梯度，分别处理多种肿瘤细胞，荧光显微镜下观察不同作用浓度下细胞中绿色荧光的强弱，并通过流式细胞仪检测含有荧光的细胞数. 结果表明：两种细胞穿膜肽具有不同的细胞选择性. CPP33在作用浓度为10 μmol/L时能观察到较强的荧光选择性，流式细胞仪检测含有荧光的细胞数约大于50%，CPP44在作用浓度为10 μmol/L时能观察到较强的荧光选择性，流式细胞仪检测含有荧光的细胞数约大于60%. 并且随着作用浓度的增加，两种细胞中含有荧光的细胞数不断上升. 因此这种针对肿瘤细胞的选择性穿膜肽可能为小分子药物在体内的精确递送提供一种新的方法.关键词：肿瘤选择性穿膜肽;肺癌;肝癌;浓度梯度;小分子药物中图分类号：Q784; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标志码：AStudy on Transmembrane Delivery ofTumour Lineage-homing Cell-penetrating PeptidesTAN Yongjun，WANG Kun，YU Li，HUANG Xiaoqin，CHEN Yan，TAN Guixiang（College of Biology，Hunan University，Changsha 410082，China）Abstract： Cell penetrating peptides are small molecular peptides that can penetrate cell membranes without damaging the structure of cell membranes. These peptides are generally composed of no more than 30 amino acids. Two tumor lineage-homing cell-penetrating peptides labeled with FITC for lung cancer and liver cancer were synthesized and added to different kinds of tumor cells with different concentration gradients. The number of cells containing fluorescence was detected. The results approved that the two kinds of cell-penetrating peptides showed different cell selectivity. The fluorescence specificity of CPP33 was strong at the concentration of 10 μmol/L. The number of cells containing fluorescence was about 50% by Flow cytometer. The fluorescence specificity of CPP44 was strong at the concentration of 10 μmol/L. The number of cells containing fluorescence was about 60% by Flow cytometer. Moreover， the number of cells containing fluorescence increased with the increase of concentration， respectively. In conclusion， these tumor lineage-homing cell-penetrating peptides may provide a new method for precise delivery of anticancer molecules in vivo.Key words： tumor lineage-homing cell-penetrating peptides;lung cancer;livercancer;concentration gradient;anticancer molecules细胞穿膜肽（cell penetrating peptides，CPPs）是一类由氨基酸组成具有穿透细胞膜能力的小分子多肽，其中氨基酸的个数一般不多于30[1-2].CPPs最早从人HIV-Ⅰ的TAT蛋白中发现，该蛋白中包含具有穿膜能力的特殊肽段区域蛋白转导域（protein transduction domains，PTD），该区域是一个包含13个氨基酸可溶性肽段[3-4]. 随着研究的深入，细胞穿膜肽的数量不断增加.CPPs的分类有多种，可以根据其来源或序列的不同分为不同的亞类[5]，还可以依据肽链所含脯氨酸的多少分为富含脯氨酸和多脯氨酸两种[6]，如SAP，该多肽中的脯氨酸含量高达50%. 除此之外，由于不同穿膜肽进入细胞后，会引起细胞内Ca2+的不同变化，可以将细胞穿膜肽分为两亲性和非两亲性，两亲性细胞穿膜肽会引起细胞内Ca2+不同程度的提高，而非两亲性细胞穿膜肽在转运过程中几乎不会对细胞内Ca2+产生影响[7]. 不同于普通的分类，还有一种特殊类型的细胞穿膜肽，该类穿膜肽由两条及以上的肽链组成，如转运蛋白、PEVEC、MAP和PEP-1[8].近年来，CPPs作为分子载体用于药物递送系统的应用已经越来越广泛.通过融合的方法可以携带核酸[9]、蛋白[10]、小分子化合物[11-12]、核磁共振成像载体[13]等进入细胞. Meyer-Losic等[14]将人工合成的一种功能肽DPV1047 Vectocell与SN38通过物理混合的方式制成复合物，通过对溶解性、毒性、稳定性的研究证明其具有很好的抗肿瘤作用，并且在动物实验上取得明显的效果.由于大部分细胞穿膜肽没有选择性，因此针对特定细胞的靶向治疗还停留在初级阶段.并且现有的肿瘤细胞选择性穿膜肽也是建立通过把已知非选择性穿膜肽与识别细胞表面抗原的抗体[15]连接或者与其他针对某种细胞的选择性分子形成复合物产生的，这种连接不仅受到所连分子理化性质的限制，对所针对的肿瘤细胞也具有一定的局限性. 近期Kondo等人[16]通过mRNA展示技术构建多肽文库，成功获得了肿瘤选择性细胞穿膜肽，并利用合成的肿瘤选择性穿膜肽对比多种不同肿瘤验证了其选择性效果.本文分别研究了肺癌细胞选择性穿膜肽CPP33、肝癌细胞选择性穿膜肽CPP44，经FITC 标记后，不同作用浓度下，在肿瘤细胞A549和HepG2等5种不同细胞中的细胞选择性，观察了不同浓度下细胞内的荧光强弱，通过流式细胞仪分析了不同肿瘤细胞中含有绿色荧光的细胞数目，确认了CPP33、CPP44两种细胞穿膜肽具有明显的细胞选择性.1; ;材料与方法1.1; ;材; ;料乳腺癌细胞MCF-7、肝癌细胞HepG2、肺癌细胞A549、宫颈癌细胞HeLa、骨肉瘤细胞U2OS来源于American Type Culture Collection（ATCC）;DMEM培养基、1640培养基以及血清均为GIBCO公司产品;Flow Cytometer由BECKMAN COULTER公司提供;FITC标记多肽由上海淘普生物科技有限公司合成，序列信息如下：CPP33： RLWMRWYSPRTRAYGCPP44： KRPTMRFRYTWNPMK1.2; ;方; ;法1.2.1; ;不同浓度肿瘤细胞选择性穿膜肽显微观察在含有MCF-7、HepG2、A549、HeLa、U2OS 5种肿瘤细胞的10 cm培养盘中加入含10%胎牛血清（Fetal Bovine Serum，FBS）的DMEM培养液后将培养盘放入37 ℃ 5%CO2培养箱中培养，待细胞密度长至90%时，吸出培养液，用1X无菌PBS漂洗两次，每盘加入1 mL 1X胰酶放入培养箱中消化2 min，待细胞变圆脱落时，加入1 mL含10% FBS的DMEM培养液轻轻吹打数次至单个细胞，并用培养液配成单个细胞悬液，以每孔1.2×106个细胞接种到6孔板中，每孔总体积为2 mL，放入培养箱中培养.在超净工作台中分别向CPP33、CPP44合成的多肽中分别加入4.22 mL、4.16 mL无菌ddH2O将其稀释至400 μmol/L.待6孔板中的细胞密度长至70%时，吸出培养液，用无菌PBS 漂洗两次，按终浓度分别为2 μmol/L、5 μmol/L、10 μmol/L、20 μmol/L设置浓度梯度，用含FBS培养液按照上述浓度梯度稀释多肽加入到培养板中. 剩余2孔只加2 mL培养液用作对照，放入培养箱中培养，6 h后观察细胞的荧光强度，并以穿膜数超过50%为有效穿膜肽统计穿膜率.1.2.2; ;流式细胞仪检测细胞荧光按照上述方法培养细胞，待细胞密度长至90%时，每盘加入1 mL 1X胰酶放入培养箱中消化2 min，待细胞变圆脱落时，加入1 mL含10% FBS的DMEM完全培养基轻轻吹打数次至单个细胞，并用培养液配成单个细胞悬液，以每孔7 × 106个细胞接种到10 cm培养盘中，每种细胞按照终浓度10 μmol/L加入FITC标记的穿膜肽，6 h后收集细胞.吸去培养皿中的培养液，用无菌PBS漂洗两次，加入1 mL lX胰酶，置于培养箱中消化2 min，待细胞变圆脱落时，加入1 mL含10% FBS的DMEM完全培养基轻轻吹打数次至单个细胞.将细胞收集在2 mL Eppendorf管中，4 ℃条件下1 000 r/min离心5 min，去除上清胰酶培养基混合物. 加入PBS漂洗两次，4 ℃，1 000 r/min离心5 min. 加入1 mL无菌PBS，使其细胞密度为1 × 106/mL，冰上存放用于流式检测，并取相同培养条件下，未加穿膜肽的细胞作对照.流式分析，创建Forward Scatter（FSC）vs. Side Scatter（SSC）峰图，将对照样品放入“test”管，调节FSC和SSC电压使细胞集中于FSC vs.SSC 峰图内. 创建一个门（R1）包括所有的细胞，基于门（R1）创建Fluorescence Channel 1（FL1）vs. SSC 峰图，调节FL1 PMT电压值以便DEAB“control”样品峰分布在102内. 取下对照样品，换上待检测样品，保持参数不变，出现在102以外的Polt即为含绿色荧光的细胞，分析约100 000个细胞，记录每种细胞中含绿色荧光的细胞比例.2; ;实验结果2.1; ;不同浓度肿瘤细胞选择性穿膜肽显微分析2.1.1; ;不同浓度肿瘤细胞选择性穿膜肽显微观察对比两种肿瘤细胞选择性穿膜肽在5种不同肿瘤中绿色荧光的强弱. 当肿瘤细胞浓度为2 μmol/L时，CPP33和CPP44在5种细胞中几乎没有荧光;当肿瘤细胞浓度为5 μmol/L时，5种细胞的绿色荧光亮度有所提高，加有CPP33的細胞中，A549细胞中的绿色荧光亮度最高;加有CPP44的细胞中，HepG2细胞中的绿色荧光亮度最高，两种穿膜肽在两种细胞开始出现明显的选择性. 当肿瘤细胞浓度为10 μmol/L时，CPP33、CPP44两种穿膜肽在两种细胞中的绿色荧光亮度提高明显，而在其他细胞中的绿色荧光亮度仍然很低;当肿瘤细胞浓度增大到20 μmol/L 时，CPP33、CPP44两种穿膜肽在A549、HepG2两种细胞中的绿色荧光亮度有所增加，但增加幅度较10 μmol/L时有所减少，并且其他细胞中的绿色荧光亮度也有不同幅度提高. 如图1所示.2.1.2; ;不同浓度肿瘤细胞选择性穿膜肽荧光细胞计数当肿瘤细胞浓度为2 μmol/L时，除A549细胞，CPP33在其余4种细胞中产生荧光的细胞数均低于5%;当肿瘤细胞浓度为5 μmol/L时，加有CPP33的细胞中，A549细胞中产生荧光的细胞数最高，大于20%;当肿瘤细胞浓度为10 μmol/L时，CPP33在A549细胞中产生荧光的细胞数大于50%;当肿瘤细胞浓度增大到20 μmol/L时，CPP33在A549细胞中产生荧光的细胞数约为60%. 如图2（a）（b）（c）（d）所示. 当肿瘤细胞浓度为2 μmol/L时，CPP44在5种细胞中产生荧光的细胞数均不超过2.4%;当肿瘤细胞浓度为5 μmol/L时，加有CPP44的细胞中，HepG2细胞中产生荧光的细胞数最高，大于7.5%;当肿瘤细胞浓度为10 μmol/L时，CPP44在HepG2细胞中产生荧光的细胞数大于50%;当肿瘤细胞浓度增大到20 μmol/L时，CPP33、CPP44两种穿膜肽在A549、HepG2两种细胞中产生荧光的细胞数大于60%. 如图2（e）（f）（g）（h）所示.2.2; ;流式细胞仪检测细胞荧光百分比图3为不同肿瘤细胞中波长超过102 nm的细胞数与细胞总数的百分比.在绿色荧光通道（FL1）中，流式分析10 μmol/L CPP33处理6 h后，5种细胞中A549细胞中含荧光细胞百分比最高，见图3（b），大约分别是其他4种细胞（HeLa、MCF-7、U2OS、HepG2）荧光数目的兩倍，分别如图3（a）（c）（d）（e）所示. 同样，流式分析10 μmol/L CPP44处理6 h后，5种细胞中HepG2细胞中含荧光细胞百分比最高，见图3（j），大约分别是其他4种细胞（HeLa、A549、MCF-7、U2OS）荧光数目的两倍，分别如图3（f）（g）（h）（i）所示.3; ;结; ;论本实验对两种不同肿瘤细胞选择性穿膜肽进行研究，运用不同细胞对比，发现CPP33穿膜肽能够有效穿过肺癌细胞A549的细胞膜进入细胞. 同样，CPP44穿膜肽能够有效穿过肝癌细胞HepG2的细胞膜进入细胞.两种穿膜肽均有较高肿瘤细胞选择性.细胞穿膜肽作为有效的药物运输载体已经在临床有所运用，但由于细胞种类的多样性和每种细胞的复杂性，目前针对特定细胞的选择性穿膜肽只有少数被发现和应用，对于特殊细胞的穿膜肽的开发还处于初级阶段.相对于非选择性细胞穿膜肽，CPP33、CPP44具有良好的细胞选择性，因此CPP33、CPP44可能成为有效的肿瘤选择性药物运输载体，这也为实现肿瘤细胞的靶向治疗提供了广阔的前景.参考文献[1]; ; ZHANG D，WANG J，XU D. 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细胞穿膜肽制备方法-概述说明以及解释
细胞穿膜肽制备方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述细胞穿膜肽是一类具有非常重要生物学功能的分子。
它们能够穿过细胞膜，进入细胞内部，从而实现对细胞内部环境的调控和干预。
因此，细胞穿膜肽在药物输送、基因治疗、癌症治疗等领域具有非常广阔的应用前景。
为了实现细胞穿膜肽的制备，科学家们开展了大量的研究工作，提出了多种不同的制备方法。
这些制备方法主要可以分为化学合成法、发酵法、生物合成法和基因工程法几类。
不同的制备方法具有各自的优缺点，并且适用于不同类型的细胞穿膜肽。
本文旨在综述细胞穿膜肽制备方法的研究进展，对现有方法进行分类和评价，并展望未来的发展方向。
通过全面了解和比较不同制备方法的特点和优劣，我们可以为进一步改进和优化细胞穿膜肽制备方法提供参考和指导。
在下一节中，我们将首先介绍细胞穿膜肽的定义和重要性，为后续的讨论提供背景知识。
接着，我们将详细介绍细胞穿膜肽制备方法的分类，包括各种方法的原理、步骤和应用范围。
最后，我们将总结现有方法的优缺点，并提出未来的发展方向，以期能够促进细胞穿膜肽制备方法的改进和应用。
通过本文的阅读，读者将能够全面了解细胞穿膜肽制备方法的研究进展，为相关领域的研究提供参考和启示。
对于科学家和研究人员而言，本文的内容将具有一定的参考价值。
同时，本文所提出的未来发展方向也将对细胞穿膜肽研究的发展起到积极的促进作用。
1.2文章结构文章结构的设计是为了有效地组织和呈现文章的内容，使读者能够清楚地了解整篇文章的框架和逻辑结构。
在本文中，将按照以下结构撰写文章:1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 细胞穿膜肽的定义和重要性2.2 细胞穿膜肽制备方法的分类3. 结论3.1 现有细胞穿膜肽制备方法的优缺点3.2 未来发展方向在引言部分，首先会对细胞穿膜肽进行概述，引出文章的主题。
接下来，会详细介绍文章的结构，以帮助读者了解文章的组织方式和各个部分的内容。
最后，明确本文的目的，即阐述细胞穿膜肽制备方法。