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  臨床上可用的抗真菌藥物稀缺，加上副作用頻發(fā)和真菌耐藥性的加速出現(xiàn)，導(dǎo)致耐藥真菌感染成為全球公共衛(wèi)生安全的嚴(yán)峻威脅，亟需研究新型抗真菌藥物。由于納米結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，宿主防御肽組裝體是抗真菌藥物的理想替代品之一，但其在體內(nèi)穩(wěn)定性、生物安全性、簡(jiǎn)易合成及批次間一致性方面仍面臨挑戰(zhàn)。因此，亟需有效策略克服上述挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)并合成兼具生物安全性和體內(nèi)抗耐藥真菌感染能力的宿主防御肽模擬物組裝體。

  針對(duì)上述挑戰(zhàn)，劉潤(rùn)輝教授課題組設(shè)計(jì)并合成了一種聚肌氨酸功能化宿主防御肽模擬物組裝體，并開發(fā)了一種類嵌段聚-β-多肽的一鍋法簡(jiǎn)便合成策略。合成的聚-β-多肽組裝體通過(guò)細(xì)胞器破壞和產(chǎn)生高水平活性氧的多靶點(diǎn)作用機(jī)制，展現(xiàn)出對(duì)耐藥真菌的強(qiáng)效抗菌活性，可有效清除生物被膜，同時(shí)兼具優(yōu)異的生物安全性和體內(nèi)抗真菌療效。該工作為設(shè)計(jì)自組裝抗真菌劑和治療耐藥真菌感染提供了新思路。

  2025年5月6日，該研究成果以“Self-assembled poly(sarcosine) functionalized host defense peptide-mimicking poly-β-peptides for combating drug-resistant fungal infection”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials （Adv. Funct. Mater. 2025, 2424125. DOI: 10.1002/adfm.202424125）。

  作者通過(guò)整合聚-β-多肽和聚（肌氨酸）的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了自組裝聚（肌氨酸）功能化宿主防御肽模擬物，并建立了類嵌段聚-β-多肽的單鍋敞口合成方法。合成的聚-β-多肽組裝體具有出色的批次間重現(xiàn)性，對(duì)耐藥真菌具有高抗菌活性和高選擇性，能有效根除成熟生物被膜，并表現(xiàn)出出色的生物安全性和體內(nèi)抗真菌功效。值得注意的是，由于具有與細(xì)胞器破壞和高水平活性氧生成相關(guān)的多靶點(diǎn)作用機(jī)制，真菌無(wú)法對(duì)組裝體產(chǎn)生耐藥性（圖1）。

圖1：用于抗耐藥真菌感染的聚肌氨酸功能化自組裝聚-β-多肽的設(shè)計(jì)與合成策略。

  以4-叔丁基芐胺為引發(fā)劑，在CHCl₃/H₂O（95/5）體系中，通過(guò)Sar NNCA與β-NTAs的單鍋敞口共聚，可成功制備聚肌氨酸（Psar）功能化聚-β-多肽。動(dòng)力學(xué)研究表明，Sar NNCA反應(yīng)活性顯著高于β-NTA單體（如Bn-β³-LCHG NTA），形成類嵌段結(jié)構(gòu)。考慮到HDP通常具有正電荷/疏水性關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步引入帶有側(cè)鏈NHCbz取代基的Cbz-β²-DAP NTA單體，證實(shí)該聚合方法可用于快速合成聚肌氨酸功能化HDP模擬聚-β-多肽。通過(guò)調(diào)節(jié)單體進(jìn)料比，成功構(gòu)建分子量可控、分散度較窄且單體比例可調(diào)的Psar-聚-β-多肽庫(kù)，表明聚合可控性（圖2）。

圖2：Sar NNCA與β-NTAs的單鍋敞口共聚。

  以tBuBn-Psar₁₀-b-P(Bn-β³-LCHG)₁₀為模型，研究了類嵌段Psar-聚-β-多肽自組裝成納米結(jié)構(gòu)的能力。兩親性類嵌段共聚物可在H₂O/DMSO（70/30）中自組裝形成納米膠束，并在15天測(cè)試期間內(nèi)保持穩(wěn)定。五批次聚合產(chǎn)物GPC曲線高度重合，分子量及分散度幾乎相同，證明聚合具有出色的重現(xiàn)性。這一結(jié)果表明，該聚合策略可用于合成類嵌段Psar-聚-β-多肽，可進(jìn)一步通過(guò)自組裝形成納米結(jié)構(gòu)，在藥物封裝和遞送等多種應(yīng)用中具有巨大潛力（圖3）。

圖3：類嵌段聚（肌氨酸）功能化聚-β-多肽的自組裝研究。

  隨后，作者通過(guò)模擬HDP設(shè)計(jì)并合成了一種熒光染料標(biāo)記的聚肌氨酸功能化聚-β-多肽組裝體（Dye-Psar₁₀-b-Pdap₁₀ NPs）。該納米膠束展現(xiàn)出出色的抗真菌性能，對(duì)白念珠菌和新型隱球菌的MIC值為0.2-1.56 μg/mL，與臨床抗真菌藥物兩性霉素 B（AmpB）的活性相當(dāng)；對(duì)臨床耐藥菌株以及其他耐藥念珠菌，包括格拉布氏念珠菌和熱帶念珠菌保持高效活性。殺菌動(dòng)力學(xué)顯示2×MFC濃度下2小時(shí)即可完全完全根除白色念珠菌。此外，膠束還具有優(yōu)異的生物相容性，抗真菌選擇性指數(shù)遠(yuǎn)高于AmpB，表明其出色的治療潛力（圖4）。

圖4：聚（肌氨酸）功能化HDP模擬聚-β-多肽組裝體的制備與抗真菌活性研究。

  進(jìn)一步評(píng)估Dye-Psar₁₀-b-Pdap₁₀ NPs的抗生物被膜活性。實(shí)驗(yàn)顯示，50 μg/mL的聚合物膠束即可根除白色念珠菌成熟生物被膜，顯著優(yōu)于臨床藥物卡泊芬凈和氟康唑（200 μg/mL仍無(wú)明顯效果）。活/死染色熒光共聚焦成像表明該材料能破壞生物被膜結(jié)構(gòu)并殺滅內(nèi)部真菌，而傳統(tǒng)藥物處理后仍有大量活菌殘留。SEM表征同樣顯示NPs能有效破壞生物膜的結(jié)構(gòu)完整性，并根除生物膜中的菌絲和真菌細(xì)胞。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了聚-β-多肽膠束在根除成熟生物被膜和治療生物被膜相關(guān)感染方面的潛力（圖5）。

圖5：聚-β-多肽組裝體的抗生物被膜活性研究。

  對(duì)Dye-Psar₁₀-b-Pdap₁₀ NPs的抗真菌機(jī)制展開研究。延時(shí)熒光共聚焦成像顯示，NPs能直接穿透真菌細(xì)胞膜進(jìn)入胞質(zhì)，而沒(méi)有在細(xì)胞膜上富集。膜去極化實(shí)驗(yàn)表明NPs與細(xì)胞膜沒(méi)有明顯的相互作用。進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部后，NPs破壞了真菌細(xì)胞核、線粒體等關(guān)鍵細(xì)胞器的完整性，同時(shí)導(dǎo)致胞內(nèi)ROS水平顯著升高。ROS清除劑NAC可使其MIC值從1.56 μg/mL升至800μg/mL，證實(shí)高水平ROS是其殺菌的關(guān)鍵因素。掃描電鏡觀察顯示，NPs處理后的真菌細(xì)胞膜僅出現(xiàn)輕微形變，膜完整性保持完好。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果共同表明，NPs具有與細(xì)胞器破壞和高水平活性氧生成相關(guān)的多靶點(diǎn)作用機(jī)制。與傳統(tǒng)抗真菌藥物氟康唑相比，這種多模式抗真菌機(jī)理使NPs不易誘導(dǎo)真菌產(chǎn)生耐藥性（圖6）。

圖6：聚-β-多肽組裝體的抗真菌機(jī)理研究。

  在皮膚擦傷感染模型中，NPs處理使感染皮膚的真菌負(fù)荷明顯降低，并顯著減少組織菌絲入侵和炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，與抗真菌藥物咪康唑療效相當(dāng)。肺部感染模型中，NPs和AmpB處理都能顯著減少感染器官的真菌負(fù)荷。值得注意的是，靜脈注射劑量高達(dá)120 mg/kg的NPs，小鼠的血清生化指標(biāo)和組織學(xué)分析均未觀察到肝腎毒性。這些結(jié)果表明Dye-Psar₁₀-b-Pdap₁₀ NPs兼具出色的體內(nèi)抗菌效果和生物安全性，具有治療耐藥真菌感染的巨大潛力。

圖7：聚-β-多肽組裝體的體內(nèi)抗真菌功效及生物安全性研究。

  華東理工大學(xué)博士畢業(yè)生謝佳洋是該論文的第一作者，華東理工大學(xué)周敏副研究員和劉潤(rùn)輝教授是論文的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部等基金的資助。

  論文鏈接: https://doi.org/10.1002/adfm.202424125