防御素（HD，Human defensin）是一类富含二硫键的阳离子型多肽，广泛分布于真菌、植物与动物中，是生物免疫系统中的重要调节分子，并且大多数防御素（HD）具有直接杀菌功能，是重要的抗菌肽。其中人防御素（HD）6，在小肠分泌性潘氏细胞高表达。然而，在对比其他防御素，它缺乏明显的杀菌活性。研究表明HD6通过自组装形成纤维网络，铆钉细菌阻止其入侵宿主细胞，HD6这种“包围而不攻击”的自然超分子抗菌机制的发现提供了一种仿生模型，可以作为一种新的抗菌策略。此研究基于多肽，利用纳米科技在体内实现了HD6抗菌过程仿生，取得较好的抗菌效果。近日，Science Advances在线发表了国家纳米科学中心王磊研究员等人的成果，题为A biomimetic peptide recognizes and traps bacteria in vivo as human defensin-6。该研究受人类先天免疫系统自组装肽HD6启发，设计并合成了一条HD6模拟肽（HD6 mimic peptide, HDMP）。HDMP通过亲疏水作用形成纳米颗粒，靶向至体内的金黄色葡萄球菌表面，自组装形成纳米纤维捕获细菌，阻止细菌入侵宿主细胞，防治感染。图1. 天然HD6和人造HDMP的抗菌机制具体来说，HDMP由三个模块组成 bis-pyrene（i）KLVFF（ii）RLYLRIGRR（iii）（i）芳香族双芘（BP）由于聚集诱导发光产生的荧光可用于监测HDMP在体内的生物分布。（ii）KLVFF序列是β-折叠纤维结构的肽骨架，模仿了β-折叠结构的HD6纤维网络。（iii）配体肽序列RLYLRIGRR可与革兰氏阳性细菌的独特成分脂磷壁酸（LTA）结合，并赋予HDMP识别功能。在HDMP形成纳米颗粒之后，遇到金黄色葡萄球菌表面的脂磷壁酸（LTA）后，发生形貌转化形成纳米纤维。（图2）图2. HDMP的制备及形貌转化过程研究发现HDMP可以识别革兰氏阳性细菌，而不是革兰氏阴性细菌，并通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）验证了HDMP对细菌的识别能力。随后，为了进一步证明HDMP的识别能力和自组装能力，通过透射电子显微镜（TEM）发现在金黄色葡萄球菌表面，由配体-受体相互作用诱导的自组装作用下，HDMP从NPs转化为NFs。为进一步验证HDMP与金黄色葡萄球菌的相互作用，扫描电镜（SEM）显示了HDMP在金黄色葡萄球菌表面及周围形成了纤维网络。金黄色葡萄球菌是一类侵袭性细菌，可入侵宿主细胞，引起皮肤和软组织感染以及败血症。研究表明，HDMP可以捕获金黄色葡萄球菌并显着抑制其入侵。（图3）研究人员分别采用小鼠肌肉组织感染和小鼠败血症模型进行治疗，发现感染率显著降低，存活率显著提高。图3. 捕获并抑制金黄色葡萄球菌入侵总结来说，该研究为菌群失衡和细菌耐药性提出了新的解决方案，自组装的纳米纤维网络捕获细菌以抑制细菌入侵，从而提供了一种新的抗菌策略。此外，该策略提供了一种新的体内过程仿生概念，以防止特定细菌入侵，可能解决目前抗生素的尴尬局面。原文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/19/eaaz4767.full
