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IF=5.3!中国科学院烟台海岸带研究所:侏儒抹香鲸广谱抗菌肽的鉴定与表征

2026-02-06 21:55:33

图文来源：作者团队

侏儒抹香鲸广谱抗菌肽的鉴定与表征

中国科学院烟台海岸带研究所：Pingchuan Zhang (第一作者），焦绪栋教授及王义鹏教授（通讯作者）等在期刊《Biochemical Pharmacology》（IF:5.3）上发表了题为“Identification and characterization of broad-spectrum cathelicidin family antimicrobial peptides from the pygmy sperm whale Kogia breviceps”的研究型论文。

研究背景与目的

抗菌肽是先天免疫系统的关键分子效应物，构成抵御微生物入侵的第一道防线。Cathelicidins是脊椎动物特有的一类抗菌肽，广泛分布于哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和鱼类中。它们以前体形式合成，经蛋白酶切后释放具有生物活性的C末端成熟肽段，不仅具有广谱抗菌活性，还发挥免疫调节等多种功能。然而，海洋哺乳动物尤其是深海鲸类中cathelicidin的多样性和功能尚不明确。侏儒抹香鲸作为一种深潜齿鲸，生活于中深层海洋环境，面临高压、低温、高盐及复杂微生物群落的挑战，其体表及呼吸暴露于人类活动带来的污染物和病原菌。搁浅个体常出现寄生虫感染、呼吸系统疾病和胸腺相关免疫异常，提示其高度依赖先天免疫防御机制，特别是抗菌肽。因此，本研究旨在挖掘侏儒抹香鲸基因组中的cathelicidin家族抗菌肽，并系统评价其抗菌活性、作用机制及治疗潜力，以揭示深海哺乳动物在极端环境下的免疫适应策略，并为新型抗感染药物的开发提供候选分子。

研究方法与结论

本研究首先通过生物信息学方法，从侏儒抹香鲸基因组中鉴定出三种新型cathelicidin抗菌肽（Kb4-1、Kb4-2和Kb5），经化学合成与纯度验证后，系统评估了其抗菌活性、作用机制及安全性。实验采用微量肉汤稀释法测定最小抑菌浓度（MIC）并考察耐盐性；通过时间-杀菌动力学、生物膜抑制与清除、持久菌杀灭实验评价其抗菌效能；利用膜渗透性检测（PI、Calcein-AM、NPN）、膜流动性与电位分析、竞争抑制实验以及DNA结合（凝胶阻滞、EB置换、紫外光谱）与ROS产生检测，阐明其多机制协同作用；并通过溶血实验、细胞毒性（MTT法）及小鼠腹膜炎模型，综合评估其生物安全性及体内抗菌效果。

本研究发现三种新型cathelicidin肽均具有广谱强效的抗菌活性，其中Kb5作为两亲性α-螺旋肽，展现出最快的杀菌速率、最强的膜破坏能力，并能通过结合细菌DNA和诱导ROS产生实现多靶点协同作用。所有肽段在高盐环境下保持稳定活性，有效抑制并清除生物膜，对持久菌也具有显著杀灭效果。安全性方面，肽段溶血率低，Kb5对哺乳动物细胞毒性最低，体内实验显示其具有良好的生物相容性，并在小鼠腹膜炎模型中显著降低细菌负荷、提高存活率。Kb4-1与Kb4-2虽无典型螺旋结构，但仍通过其结构灵活性发挥抗生物膜与细胞内靶向作用。这些结果不仅揭示了侏儒抹香鲸在深海环境中的免疫适应策略，也为开发新型耐盐、多机制协同的抗感染肽提供了候选分子与理论依据。

创新点

（1）首次从深海鲸类中鉴定cathelicidin抗菌肽，为深海哺乳动物免疫适应机制提供了新见解。

（2）首次系统揭示Kb5兼具膜破坏与DNA结合双重作用机制，并诱导ROS产生，拓展了海洋源抗菌肽的作用模式认知。

（3）三种肽段在高盐环境下保持稳定活性，体现了其对深海高渗环境的进化适应，为开发适用于高盐微环境（如囊性纤维化肺部、慢性伤口）的抗感染肽提供了模板。

（4）Kb肽段在结构（α-螺旋vs.无规卷曲）和功能（膜破坏vs.细胞内靶向）上的差异，反映了鲸类在复杂海洋环境中通过多类型抗菌肽协同防御的免疫策略。

图文赏析