卫生与健康 Ｃｈｉｎａ ＳＣｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ 细胞穿膜肽的内化机制研究 宫贤阁阎欣黄静 （辽宁师范大学生命科学学院） 【摘要］细胞穿膜肽能够运输比其自身大ｌＯＯＩ￣．的分子进入细胞，而不破坏细胞膜，因为这一特质，使它具有在分子生物学、药学、细胞生物学、疫苗学甚至 影像学上有广泛的应用前景，充分了解其内化机制显得尤为重要，本文对其内化机制进行综述。 ． ［关键词］细胞穿膜肽内吞作用直接转导 中图分类号：ＴＵ５６５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－９１４Ｘ（２０１４）４３－０３５４—０１ １ 介绍 稳定性被破坏，出现瞬时的通透性增高，ＣＰＰｓ实现内化。 除了反向胶束模型，桶板模型、环孔模型也用来解释ＣＰＰｓ的内化。桶板模 细胞穿膜肽（ｃｅｌｌ—ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ？ｐｅｐｔｉｄｅｓ，ＣＰＰｓｓ）是一类由不多于３Ｏ个氨 基酸组成的小分子多肽，根据其氨基酸组成，可分为阳离子细胞穿膜肽和两亲 性细胞穿膜肽。体内外研究表明，细胞穿膜肽能够介导多种载体的穿膜作用，无 刺激性，并且在一定浓度范围内对宿主细胞无毒害作用。找到一种能够运输细 胞内大分子物质无论是在学术研究以及药物输送和基因治疗等生物技术的应 用中都是很重要的。运用化学和物理技术已经开发许多在细胞间运输分子的方 法例如电穿孔和阳离子脂质／脂质体，已被证明能够运输疏水大分子，然而，这 些体外诱导的方法使细胞产生副作用而且很多实际应用上收到限制。细胞穿透 肽｛ＣＰＰｓ）克服这些局限性，许多细胞穿膜肽能够将自己，小分子物质和相对较 大的大分子通过细胞的质膜直接运输到细胞内。理解细胞穿膜肽的渗透机制是 控制分子运输的重要条件。 ２．细胞穿腆肽的内化机制 早期的细胞穿膜肽的内化机制的研究显示，即使在低温条件排除内吞途径 影响的情况下，ＣＰＰｓ￣然发生内化，说明存在非能量依赖性的内化机制。之后 关于细胞穿膜肽的研究，基于这些观测结果，提出了一些模型来解释这类肽与 磷脂或其他膜元件的直接相互作用而实现跨细胞膜转运的结果。后来，几项研 究结果表明，ＣＰＰｓ明显的膜易位和在胞内的积累，是由于与细胞膜成分相互作 用而不是能量依赖或者受体依赖的摄取过程。这些结论使我们重新审视ＣＰＰｓ 的内化机制。 活细胞实验表明，除了已经描述的非内吞作用依赖机制，还包括直接易位， 几内吞途径，如小窝蛋白介导的内吞途径，巨胞饮和网格蛋白介导的内吞途径， 此外，有实验表明连接大分子的ＣＰＰｓ－￣未连接大分子的ｃＰＰｓ￣过不同的机制 进人细胞膜。还有研究表明细胞膜表面的硫酸乙酰肝索、磷脂酰丝氨酸等成分 对ＣＰＰｓ的内化起重要作用。事实上，细胞膜表面的负电荷成分能够增加ｃＰＰＳ与 细胞膜的相互作用，促进了后续内化过程，另一方面，ＣＰＰｓ与细胞膜表面的负 电荷成分相互作用可以诱导本身某些内吞机制发生，－￣ＣＰＰｓ内化。根据最近 的研究，Ｒ９和其他的精氨酸寡聚物的细胞内化是由一个依赖于绑定硫酸乙酰 肝索蛋白聚糖的内吞机制。 下面我们举例说明内化的不同机制，这些机制可分为两大类：直接膜易位 和内吞作用。 ２ １直接膜易位 为了解释ＣＰＰｓ的直接膜易位机制，建立了“反向胶束模型”，也称作反转微 团模型。该模型包括膜孔隙的形成和“地毯模型”。Ｄｅｒｏｓｓｉ￣人详细的描述了反 向胶束模型，他们试图用反向胶柬模型解释一种细胞穿膜肽，ｐＡｎｔｐＪ￣，与生物 膜交互作用引起脂质双分子层的扰动，反向形成六角结构。ＣＰＰｓ会困在亲水环 境的胶柬核心，与生物膜相互作用，使膜不稳定反向胶束之后顺向将肽释放到 细胞内。核磁共振（ＮＭＲ）的研究数据支持该模型，表明交互的ｐＡｎｔｐ肽和生物 膜会导致倒置结构的形成。地毯模型常用来解释抗菌肽的作用机制，但也可以 解释一些在高浓度时有细胞毒性的ＣＰＰｓ的入膜机制。开始，ｃＰＰｓ依靠其阳性电 荷与磷脂膜的负电荷相互作用，引起ＣＰＰｓ￣级结构发生改变，碱性氨基酸 沿着磷脂膜表面垂直排列使得ＣＰＰｓ就像地毯一样将整个细胞表面覆盖；之 后，ＣＰＰｓ中的疏水性氨基酸与磷脂膜的疏水性核心相互作用，ＣＰＰｓｇ￣向发生 倒转，插入磷脂膜中，产生去垢剂样的作用，引起膜张力的改变；最后膜的 ３５４ ｉ科技博览 型是ａ一螺旋结构的ＣＰＰｓ内化时，ＣＰＰｓ成束聚集排列于细胞表面，并平行 排列插入细胞膜中，形成象棍子箍成的桶样结构的孔型通道，疏水性氨基酸 与膜疏水核心相互形成外表面，亲水氨基酸形成孔的内表面，然后ＣＰＰｓ发 生跨膜转位，实现内化。这种模式也是抗菌肽进入细胞的一种内化机制。环 孔模型是在ＣＰＰｓ以静电作用贴附到细胞膜上后，其极性面与脂质双分子层的 极性头部相结合。然后肽螺旋插入细胞膜并诱导膜表面的脂单层平面发生弯 曲，使脂单层平面由正常的水平状态变得越来越倾斜，最终脂质双层的上层和 下层的亲水头部连续弯曲，与插入膜的ＣＰＰｓｚＪ￣同排列形成亲水性环孔的中轴。 ２．２内吞介导的内化过程 尽管近期的研究证明内吞作用参与ＣＰＰｓ￣其类似物的内化仍存在争议但 无疑内吞作用在ＣＰＰｓ内化过程中起重要作用。内吞作用可以帮助细胞吸收大 分子的生物索等物质，内吞作用可以分为两大类：吞噬作用，这一过程只发生在 特殊细胞，巨噬细胞等。胞饮作用，在大多数细胞内都存在的内化途径，其中包 括大胞饮网格蛋白介导的内吞作用＇，ｊ、窝蛋白介导的内吞作用和其他路径。为 了证实内吞作用影ｎ￣ＣＰＰｓ的内化，研究者用了很多方法，例如，将细胞与ＣＰＰｓ 在４Ｘ２环境下相互作用，观察ＣＰＰｓ的内化是否有减少。当在４℃环境一些内吞作 用失去能量的支持，将不能正常进行，若ＣＰＰｓ￣此环境下的内化量减少就说明 ｃＰ 液赖内吞作用进行内化，实验结果也证实了这一结论。此外多种内吞途径 抑制剂被用来研究ＣＰＰｓ的内化，氯丙嗪、细胞松弛素Ｄ、甲基一日一环糊精、阿米 洛利是常用的内吞途径抑制剂，研究者通过抑制细胞的内吞途径，观察ＣＰＰｓ内 化量的变化来判断其内化过程是否是通过内吞来实现的。还有研究者表示可以 建立数学模型模拟细胞死亡过程，实验中分别建立直接入膜的方式模型，和内 吞作用人膜的方式模型，通过比较计算机模型模拟的数据和实验实际得到的数 据判断ＣＰＰｓ是以什么方式进入细胞的 多数研究结果显示，内吞作用很大程度 上影响了ＣＰＰｓ的内化，同时也指出ＣＰＰｓｇＩ化是一个十分复杂的过程，多数 ＣＰＰｓ并不是以单一的途径进行内化，通常有多种途径同时进行。想要利用ＣＰＰｓ 就先要弄清它的内化机制。 ３ 总结 ＣＰＰｓ￣内化过程存在多种机制，研究者对此过程也越来越清楚明确，从开 始认为ＣＰＰｓ的内化是非能量非温度依赖的过程，到认识到ＣＰＰｓ的内化既需要 能量也与温度相关，到近期的研究证明内吞作用参与大多数的ＣＰＰｓ内化过程， 并且细胞膜表面的负电荷成分如硫酸乙酰肝素，磷脂酰丝氨酸等也参与到 ＣＰＰｓ的内化过程。也有研究指出，ＣＰＰｓ的内化过程不仅与ＣＰＰｓ的种类有关，还 与ＣＰＰｓ的浓度有关。总之，ＣＰＰｓ内化是一个复杂的非单一的过程，内化途径受 多种因素的影响，期望在不久的将来，能明确细胞穿透肽的跨膜转导机制，同 时为设计更多具有细胞穿透性质的物质奠定坚实的理论基础 参考文献 １．Ｖｉｖｅｓ，Ｅ．；Ｒｉｃｈａｒｄ，Ｊ．Ｐ．ＩＲｉｓｐａｌ，Ｃ．；Ｌｅｂｌｅｕ，Ｂ．ＴＡＴ ｐｅｐｔｉｄｅ ｉｎｔｅｒｎａｌｉｚａｔｉｏｎ：ｓｅｅｋｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｅｎｔｒｙ．Ｃｕｒｒ．Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｐｅｐｔ．Ｓｃｉ． ２００３，４，１２５－１３２． ２．Ｌｉｎｄｇｒｅｎ Ｍ，Ｈａｌｌｂｒｉｎｋ Ｍ，Ｐｒｏｃｈｉａｎｔｚ Ａ，ｅｔａ．１Ｃｅｌｌ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｅｐｐｔｉｄｅ［Ｊ】．Ｔｒｅｎｄｓ Ｐｈａｒｍａｃｏｌ Ｓｃ，ｉ２０００，２１（３）：９９－１０３．
