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赋予非抗菌分子高效的杀菌活性是一个重要但具有挑战性的问题。
2024年11月26日，中国科学院/中国科学院大学王毅琳、王树、韩玉淳和中国科学院Deng Ke共同通讯在 Advanced Materials 在线发表题为 “Cell-Penetrating Peptide Induced Superstructures Triggering Highly Efficient Antibacterial Activity” 的研究论文。该研究发现一种细胞渗透肽八精氨酸（R8）在与阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）组装时可有效激活抗菌能力，而单个R8或SDS的抗菌能力较差或没有抗菌能力。
通过静电、氢键和疏水相互作用，R8和SDS形成的超分子自组装单元（取决于其电荷比（CR））结合成蠕虫状胶束和层状结构。层状聚集体对革兰氏阴性大肠杆菌（E.coli）和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌（S.aureus）均显示出特别高的抗菌活性。有趣的是，层状聚集分别通过膜破坏和膜穿透机制杀死大肠杆菌和金黄色葡萄球菌分别。此外，体内实验表明R8/SDS层状聚集体加速细菌感染伤口的恢复，减少炎症并促进血管生成。该研究证明，渗透肽和阴离子两亲物协同作用可触发高效杀菌活性，为实现高效和靶向的抗菌效果提供了一种新策略。
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细菌感染是对公共卫生最严重的威胁之一，造成巨大的医疗资源消耗和巨大的经济压力，尤其是在全球疫情时期。自从发现青霉素以来，抗生素彻底改变了对各种细菌引起的感染的医学治疗模式。然而，抗生素误用和过度使用导致耐药细菌的出现，严重降低了治疗效率，甚至出现抗生素失活，迫切需要开发安全的新型抗菌剂。由多种非共价相互作用驱动的超分子组装已成为构建生物材料的重要方法，基于超分子组装的抗菌材料显示出独特优势。有学者建立了依赖于阳离子聚（-苯乙烯基乙烯）衍生物（PPV）与瓜环[7]脲（CB[7]）组装和降解的超分子抗生素开关，可以根据需要可逆地“开启”和“关闭”其抗菌活性。还有学者报道了由萘二酰亚胺（NDI）衍生物和CB形成的主客体复合物。NDI-2CB[7]可被大肠杆菌原位还原生成（NDI-2CB[7]），具备强NIR-II吸收和出色的NIR-II光热抗菌活性（>99%）。此外，有研究利用多金属氧酸盐（POMs, H4SiW12O40）和两个短合成肽驱动共组装，显示出优异的抗菌功效和生物稳定性。因此，超分子组装为解决抗菌需求提供了一个多样化工具箱。![]()
图1 细胞渗透肽和阴离子表面活性剂的超分子组装、抗菌机制和体内应用示意图（摘自Advanced Materials ）一些两亲性聚合物，尤其是阳离子表面活性剂，通过静电和疏水相互作用的组合破坏细菌膜来发挥抗菌活性，降低了细菌耐药性的风险。然而，阳离子表面活性剂的细胞毒性很高。相比之下，阴离子表面活性剂通常表现出非常弱的毒性，广泛应用于日常生活产品和工业领域，但其在抗菌方面通常无效或效果较差。由于其两亲性，表面活性剂具有自组装或与其他分子共组装成不同结构的天然优势。该团队已有研究构建了阳离子表面活性剂和植物多酚之间的超分子结构，以实现持久的抗菌活性。因此，作者想知道是否可以通过超分子组装策略来刺激阴离子表面活性剂的抗菌活性。
该研究创新性地将一种细胞穿透肽（CPP）引入阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）中，构建了特异性靶向抗菌剂。CPP可以将外源性物质携带到细胞中，具备生物医学应用的潜力。八精氨酸（R8）能够与阴离子表面活性剂有效结合，且具有优异的生物相容性。将R8引入SDS可协同杀死细菌，表现出抗菌肽（AMP）的特性。同时还选择其他两种短肽（四精氨酸R4和二精氨酸R2）进行比较。正如预期的那样，R8/SDS的共组装能力最强。根据电荷比（CR）构建了不同的超分子结构。所构建的聚集体通过不同的抗菌机制对大肠杆菌（E.coli）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）表现出高抗菌活性，且不会对正常细胞和组织产生损伤。体内抗菌结果证明了R8/SDS层状聚集体在促进BALB/c小鼠被金黄色葡萄球菌感染的伤口中的有效性。
参考消息：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202414357?saml_referrer=
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