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一种使用弹性蛋白酶及其抑制剂作为治疗药物的潜在新策略

Tarhini米

里昂大学,法国维勒班,1918年11月11日大道43号,邮编:F-69100,法国法兰西科学院,克劳德·伯纳德·里昂大学1号

黎巴嫩大学理学院,Jdaidet El-Matn B.P. 90656,黎巴嫩

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Fessi H

里昂大学,法国维勒班,1918年11月11日大道43号,邮编:F-69100,法国法兰西科学院,克劳德·伯纳德·里昂大学1号

Bentaher一

呼吸道上皮细胞的炎症和免疫- EA 7426,里昂南部医学院,69495,皮埃尔贝尼特,法国

Greige-Gerges H

黎巴嫩大学理学院,Jdaidet El-Matn B.P. 90656,黎巴嫩

Elaissari一

里昂大学,法国维勒班,1918年11月11日大道43号,邮编:F-69100,法国法兰西科学院,克劳德·伯纳德·里昂大学1号

DOI: 10.15761 / JTS.1000290

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摘要

人中性粒细胞弹性酶是中性粒细胞在肺部炎症和感染时分泌的一种蛋白水解酶。它通过不同途径具有重要的抗菌活性。然而,它对肺细胞外基质也有重要的蛋白水解作用,从而导致与急性肺损伤相关的各种疾病。分泌性白细胞蛋白酶抑制剂(SLPI)是一种天然产生的蛋白,主要作用是抑制弹性蛋白酶。不同肺部疾病与肺环境弹性蛋白酶/SLPI比值失衡有关。此外,SLPI还具有重要的抗菌活性。本文提出了一种使用弹性蛋白酶和SLPI作为治疗药物的新策略。利用包封技术,这些分子被包裹在白蛋白纳米颗粒内,可以在组织降解保护和非抗生素相关的细菌杀灭方面产生很大的机会。

图形化的简介:NE和SLPI负载纳米颗粒在抗菌杀灭和肺组织保护中的应用(图1)。

图1所示。摘要:NE和SLPI负载纳米颗粒在抗菌杀灭和肺组织保护中的应用

关键字

弹性蛋白酶,抗菌剂,纳米颗粒,白蛋白,分泌性白细胞蛋白酶抑制剂

简介

免疫系统非常复杂,它赋予人体有效对抗各种疾病、感染等的能力。在生物屏障之后,宿主抵御感染的第一道防线是将中性粒细胞招募到炎症部位[1]。中性粒细胞是通过吞噬作用清除外来微生物的粒状多形核白细胞。已知这些主要成分含有四种类型的颗粒:青硫磷颗粒、特异性颗粒、明胶酶颗粒和分泌颗粒。每种类型的颗粒根据其含量和在感染过程中的行为有一定的作用,但青尿颗粒(又称初级颗粒)大小不一,形态特征不同。它们被酸性水解酶和抗菌蛋白包装。此外,嗜蓝粒细胞含有三种结构相关的酶:人中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)、组织蛋白酶G (CG)和蛋白酶-3 (PR3)[2]。从这三种酶中,HNE是本综述中感兴趣的产物

NE是糜蛋白酶家族的丝氨酸蛋白酶。它被称为降解酶,在消除细胞外病原体和分解炎症部位的组织中发挥重要作用。它也被认为是抗炎药的分子靶点[3,4]。NE的生物合成有两个调控点,第一个调控点在转录水平。NE基因在细胞发育过程中受到高度调控和表达,特别是在早幼粒细胞期(骨髓发育期间)。NE基因的表达随着中性粒细胞的成熟而下调。这就是NE只存在于中性粒细胞的蓝嗜颗粒中的原因。由于蛋白质的定位并不取决于其自身的单独排序信息,而是取决于其生物合成的时间,即azurophil形成的时间[5]。第二个调控点是翻译后,NE的非活性形式经过不同的修饰后变得活跃。NE被合成为一种非活性前肽,含有一个信号肽、n端原二肽和一个c端前肽。 For NE to be activated, a cleavage of the signal peptide by signal peptidase must be occur. After that, the N-terminal dipeptide must be removed by DPPI (also known as cathepsin C and widely expressed in myeloid cells) (Figure 2). These modifications lead to the formation of a fully mature active NE with 218 amino acid residue and a mass of 29 to 34 KDa [6,7].

图2。中性粒细胞成熟过程,每个阶段的颗粒合成以及这些阶段中活性中性粒细胞弹性蛋白酶的合成。中性粒细胞成熟的早幼粒细胞阶段发生了azurophils的形成和弹性酶基因的转录-翻译

成熟的人中性粒细胞弹性蛋白酶据说含有218个氨基酸残基,构成一个单一的多肽链。它还具有4个链内二硫键,2个天冬酰胺连接的碳水化合物链,没有赖氨酸或酪氨酸残基,这使它具有极好的阳离子,以及19个精基残基。这些组成使蛋白质具有非常高的等电点(10-10.5)[3,8]。成熟网元的活性场可以用图2描述。酶活性位点上的不同S袋是底物裂解位点上P残基的对接位点。底物的裂解发生在P1和P1 '残基之间。活性位点的S1袋是疏水的,因为存在Val190, Phe192, Ala213, Val216, Phe228和Cys191-Cys220上的二硫键。因此,底物P1位点上需要小的疏水残基,如Val、Cys、Ala、Met或Ile,才能达到酶活性[9,10]。酶的S2口袋含有Phe215和Leu99,以及催化三联体His57的咪唑环的平侧,这使该位点具有疏水性质。S2的疏水特性使得中等疏水侧链(如Pro)倾向于位于底物的P2位点。 As for S1’ and S2’ pockets, they are also hydrophobic due to the presence of the disulfide bridge Cys42-Cys58 and Phe41, Leu143 respectively in these pockets [11] (Figure 3).

图3。NE成熟酶的活性位点和底物的裂解位点

人中性粒细胞弹性蛋白酶的生物学活性

抗菌效果

NE被称为多功能酶,其活性范围从参与病原体杀灭到在炎症过程中的调节作用[12]。NE在吞噬溶酶体[13]中对被吞噬的细菌具有杀灭微生物的活性,在细胞外形成陷阱网络,可以捕获细菌[14]。研究发现NE是阻止志贺氏菌(革兰氏阴性菌)逃离中性粒细胞吞噬液泡的关键因素。此外,NE显示出能够以比降解其他细菌蛋白所需浓度低1000倍的浓度降解志贺氏菌毒力因子(IpA, B, C和IcsA)。这些发现得到以下事实的支持:在基因或药理上无活性的NE中性粒细胞中,细菌的存活通过增加其从吞噬体[15]中逃脱的机会而增加。在另一项关于大肠埃希氏菌的研究中,NE被中性粒细胞摄取后被证实定位在吞噬溶酶体中。通过研究NE的杀菌机制,发现NE的催化活性与细菌外膜蛋白A (OmpA)(革兰氏阴性排他膜)的降解有关。在本研究中,NE被证明是中性粒细胞[16]非氧化杀灭细菌途径的直接因素(图4A)。NE在革兰氏阳性和阴性菌的氧依赖性抗菌系统中也被发现是重要的。在一项对大肠杆菌(革兰氏阴性)和金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性)的研究中,观察到在NE存在时,髓过氧化物酶(MPO)-葡萄糖氧化酶系统的抗菌活性增加。 The killing of both bacteria was done at an acidic pH, and at pH 7.4 only killing of E.coli was potentiated. In addition, it was found that the potentiating effect of elastase was not dependent on the enzymatic properties of elastase since it was not reduced by heating, suggesting that the effect of elastase possibly involve the interaction between the cationic enzyme and the negatively charged bacteria [17] (Figure 4B).

图4。NE的抗菌活性:A) NE直接干扰对细菌的破坏。B) NE与MPO合作杀灭细菌。C) NE在细胞外陷阱形成中的作用

NE也有细胞外活性。激活后,中性粒细胞释放其颗粒蛋白(包括NE)和染色质,共同形成所谓的中性粒细胞细胞外陷阱(NETs)。已知这些陷阱可以与革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌结合,防止它们扩散,并确保抗菌剂[18]的局部高浓度。net的形成伴随着中性粒细胞核小叶的丧失和染色质的去密度,内外层核膜的脱离和颗粒的解体。net是由核膜解体和细胞内容物释放到细胞外空间而形成的。在这种现象中,NE在H1连接蛋白组蛋白的降解中起作用,导致染色质的去致密化。此外,NE与其他成分作为抗菌剂(丝氨酸蛋白酶和MPO)[19]存在于NET中。在一项对一名帕亿利热综合征患者进行的研究中(由半胱氨酸蛋白酶组织蛋白酶C失活的突变引起,该突变对处理包括NE在内的各种丝氨酸蛋白酶是必要的)。DPPI的失活除了导致网元的缺乏外,还导致无法生成网元。另一项研究表明,NE敲除小鼠在Klebsuekka肺炎感染肺模型中没有NETs。 Results from these studies support the claim that NE participate in NET formation by promoting chromatin condensation [20,21] (Figure 4C).

炎症调节作用

除了抗菌作用外,NE在调节局部炎症反应方面也很重要。NE可以通过处理趋化因子,调节细胞因子网络,激活特定的细胞表面受体[22]来控制细胞信号通路。IL-1β是一种由半胱氨酸蛋白酶IL-1β转化酶(caspase-1)合成的非活性膜结合形式的炎症细胞因子。研究发现,通过抑制中性粒细胞弹性蛋白酶,活性IL-1β的释放显著减弱。此外,研究发现NE可切割内皮细胞中IL-1β的前亚型,并通过细胞外囊泡导致活性IL-1β的大量分泌,这为潜在的抗IL-1β治疗策略[23]提供了新的思路。在另一项研究中,研究了NE对IL-36受体拮抗剂(IL-36Ra)的影响。IL-36细胞因子是IL-1超级家族的成员,包括激动剂IL-36α、IL-36β和IL-36γ,以及拮抗剂IL-36Ra。激动剂与特定受体IL-36R结合,引起一系列事件,导致核因子NF-κB的激活,从而表达一系列促炎介质。然而,该拮抗剂与同一受体结合,而不导致辅助蛋白的募集,并抑制IL-36细胞因子的活性。NE在人原代真皮成纤维细胞和角质形成细胞中进行了研究,发现NE将IL-36Ra裂解为其高活性拮抗剂形式。 Compared to the full length IL36-Ra, NE cleaved antagonist inhibit IL-36 induced chemokine production and reduce further inflammatory cell infiltration [24].

NE还在生长因子的调节中发挥作用。已知NE可调节膜结合转化生长因子α (TGF-α)的裂解,释放一种可结合并激活表皮生长因子受体(EGFR)的可溶性形式。这种受体已被证明是粘液分泌的主要原因。激活EGFR可促进粘膜细胞增生和MUC5AC mRNA表达[25,26]。此外,NE释放的TGF-α通过EGFR激活[27]诱导角质形成细胞增殖。此外,NE还激活转化生长因子TGF-β。这种生长因子的潜在形式由成熟的TGF-β同型二聚体、潜伏相关蛋白和潜伏的TGF-β结合蛋白(LTBP)组成。NE对LTBP的蛋白水解从细胞外基质释放TGF-β,因此有助于肺部炎症的组织重塑[28]。

中性粒细胞弹性蛋白酶相关病理

肺微血管内中性粒细胞的积聚是慢性炎症性肺病的主要标志。炎症反应有时会导致进一步的器官损伤和功能障碍。事实上,不同的研究能够将NE与慢性炎症性肺病的发展联系起来[29,30]。

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是肺实质对有害颗粒和气体的晚期炎症反应。气道阻塞是由于肺泡附着体的丧失和粘膜炎症。这种现象可引起结构损伤,气道狭窄,肺实质破坏[31]。不同的研究将NE活性与COPD联系起来。在对人支气管上皮细胞BEAS-2B暴露于香烟烟雾提取物(CSE)的研究中,发现NE与CSE之间存在协同作用[32]。CSE增加了使用细胞中白细胞介素-8 (IL-8)和血管内皮生长因子(VEGF)的产生。NE显著增强了cse诱导的IL-8的产生,而抑制了VEGF的产生。IL-8在中性粒细胞募集中起作用,VEGF刺激内皮细胞和II型上皮细胞的生长和存活。事实上,在肺气肿肺[33]中,VEGF的缺失可导致上皮细胞凋亡。相反,考虑到IL-8和VEGF的作用,NE通过增强炎症和凋亡[30]参与COPD的发病。

NE还可促进急性肺损伤(ALI)。该综合征是由革兰氏阴性菌感染引起的,其病理生理特征包括间质和肺泡水肿以及这些间隙被大量中性粒细胞浸润。这种综合征最危险的版本是成人呼吸窘迫综合征(ARDS),被认为是一种高死亡率的疾病,有能力抵抗许多疗法。NE被认为是一种强大的宿主防御,其活性受各种内源性蛋白酶抑制剂的调节。然而,在炎症部位,NE及其抑制剂之间的不平衡导致NE的持续活性,从而导致其水平的升高。这种不受控制的活动可导致不同的变化,这些变化与肺急性损伤的病理生理学有关[34,35]。最近的一项研究表明,NE有助于肺炎症情况下上皮钙粘蛋白(EC)的降解。众所周知,EC可以增强上皮细胞的稳定性。此外,它还在分子信号传导和上皮通透性调节中发挥作用。本研究表明,只要有大量的活性NE存在,就可以观察到EC的降解,提示NE干扰细胞-细胞粘附功能,参与富含中性粒细胞的肺部炎症和组织破坏性疾病[36]。

中性粒细胞弹性蛋白酶抑制

弹性蛋白酶的活性可以被不同的内源性抑制剂降低,如α-1蛋白酶抑制剂、人单核细胞/中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂和分泌性白细胞蛋白酶抑制剂(SLPI),感兴趣的产品[37]。

SLPI是一种非糖化蛋白,存在于所有体液中,如眼泪、唾液腺、精液、支气管分泌物、宫颈和肠道粘液。它是一种相对较小的蛋白质,由107个氨基酸和11.7 KDa组成。具有等电点pI > 11[38]的高碱性。已知SLPI是NE、糜蛋白酶、糜酶和牛胰蛋白酶的可逆抑制剂。它具有同源乳清酸性蛋白(WAP)结构域,每个结构域含有8个半胱氨酸残基,形成8个分子内二硫键。SLPI对NE的抑制作用是由SLPI的WAP2结构域引起的。抑制区域位于SLPI序列的67和74残基之间(图5A)。小泉等人结晶了一个NE的复合物和SLPI的WAP2结构域。x射线数据显示,主接触区残基L72和Y68通过与NE形成氢键[37]抑制NE的重要性(图5B)。

图5。(A) SLPI的结构和相互作用A) SLPI的不同结构域(B) WAP2结构域与中性粒细胞弹性蛋白酶的相互作用。显示了活性位点和二硫键的氨基酸残基。PDB id: 2z7f

SLPI是一种可逆的NE抑制剂,关联常数K_ass=6.4×〖10〗^6 M^(-1).s^(-1),解离常数K_diss=2.3×〖10〗^(-3)s^(-1),抑制常数K_i=3×〖10〗^(-10)M[39]。占人体上呼吸道分泌NE抑制能力[40]的80-95%。SLPI对NE的抑制活性也可以达到细胞外基质。由于SLPI的低分子量,它可以通过进入粘附中性粒细胞与基质[41]之间的空间,保护细胞外基质蛋白不被NE水解。此外,SLPI对NET的形成有抑制作用。由于NE是NET形成的重要因素,SLPI抑制NE可调节NET在体内外的释放。然而,使用活性位点突变的SLPI部分限制了NET的形成,这可能表明SLPI可以通过靶向ne[42]以外的蛋白酶来控制NET的形成。

SLPI超越了弹性蛋白酶的抑制作用

尽管抑制人中性粒细胞弹性蛋白酶是SLPI的主要作用,但研究表明这种相对较小的蛋白质具有其他功能,如抗炎、抗菌和抗病毒[43,44]。

抗炎作用

SLPI被证明可以阻止核因子κB (NF-κB)的激活,NF-κB是一种与肺部炎症期间促炎介质增加相关的转录因子,最近在急性肝衰竭[45]中被证明。这种活性显然超过了SLPI的NE和其他蛋白酶抑制活性,因为使用活性位点突变的SLPI可以通过阻止NF-κB的抑制成分如IκBα和IκBβ的降解来抑制NF-κB。这种行为导致巨噬细胞对脂多糖的反应减弱,并阻止NF-κB进入细胞核,激活促炎基因[46]的转录。此外,SLPI还能干扰核内NF-κB级联。在一项对U937单核细胞系的研究中发现,在孵育后,SLPI迅速定位于细胞质和细胞核,在那里它与p65竞争结合到促炎基因启动子区域的NF-κB结合位点,如IL-8和TNF-α[47]。

抗菌作用

SLPI对大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌等革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌均有抗菌活性。这种活性主要归因于SLPI的非抑制性n端WAP1结构域。事实上,对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌,SLPI n端结构域的中位有效剂量(ED50)分别为12.1和31.2µM。然而,c端结构域对大肠杆菌的抑菌活性也相对较低,ED50为23.7 μ M,对金黄色葡萄球菌的抑菌活性尚不确定。但是使用完整的SLPI显示这两种细菌的ED50最低(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌分别为4.2和7.6µM)[48]。

对SLPI的抑菌作用机理进行了探讨。Miller等人证明,当SLPI在大肠杆菌中过表达时,它可以与DNA和mRNA结合,抑制转录和翻译。提示SLPI通过静电相互作用与细菌mRNA和DNA结合,阻断蛋白质合成,从而引起细菌毒性[49]。另一种机制可能与SLPI WAP结构域的高正电荷有关。其中正电荷可以诱导与阴离子细菌脂质相互作用,导致SLPI破坏细菌膜。这一说法可以通过以下事实得到支持,即具有更高正电荷(+7)的WAP1结构域比WAP2结构域(+5)具有更高的抗菌活性[50]。此外,我们还发现较高的盐浓度会抑制SLPI[47]的抗菌活性。

SLPI还具有抗病毒作用,它被确定为人唾液[51]中抗hiv抑制活性的主要因素。此外,阴道液中SLPI浓度的增加与围产期HIV-1传播率显著降低[52]相关。

NE和SLPI的治疗策略

文献中测试了不同的策略来克服传染性肺部疾病中的弹性蛋白酶相关炎症。例如,使用NE治疗抑制剂来控制COPD[53]中不需要的蛋白水解。不同的抑制剂被建议通过不同的途径给药(口服,静脉注射,气雾剂途径)。然而,这些抑制剂总是受到物理化学约束和蛋白酶存在于可溶性和固相(如NET)的限制。此外,酶抑制剂通常是疏水的,而肺部是高灌注的,这导致高清除率[54]对NE的疗效有限。为了克服这一限制,一项研究将弹性蛋白酶抑制剂与人表面活性剂肽b的25个氨基酸片段共价连接,这使得该复合物在啮齿动物模型[55]中具有较长的肺停留时间,并预防ne诱导的肺气肿。尽管存在广泛的NE抑制剂,但只有少数已被验证用于临床治疗。事实上,Sivelestat是市场上唯一的合成NE抑制剂,并已获得日本和韩国的批准。Sivelestat已被建议作为急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合征[56]的治疗。然而,对于COPD,其复杂性可能需要使用多种具有不同功能的药物,或能够减少蛋白水解和炎症的双重功能药物[57,58]。

如上所述,弹性蛋白酶具有重要的抗菌作用,可以克服不同机制的感染。然而,由于其重要的蛋白水解功能,NE未被用作给药抗菌剂。如果从理论上讲,NE能够在不对相关环境产生巨大影响的情况下特异性地靶向细菌,那么NE在体外对细菌的成功可以转化为体内给药。据我们所知,以前没有研究关注这个问题。然而,针对不同种类的生物活性分子和大分子采用不同的药物靶向技术,以提高药物的效率,减少其副作用[59]。在这些技术中,使用药物载体诱捕活性分子被证明是一种非常成功的策略。

纳米颗粒作为药物载体

纳米颗粒已成为封装领域的主要参与者,利用天然或合成聚合物以生产纳米级载体被应用于工业、农业和制药领域[60]。然而,对于体内给药,所使用的聚合物应具有一定的可用性标准。首先,它应该是无毒的,并且是可生物降解的,这样就不会留下不良副产品的痕迹[61]。纳米颗粒的重要性在于,通过将某种分子包裹在其中,它的循环将得到促进,这在包裹疏水化合物时也是显而易见的。此外,该化合物在靶部位的释放具有连续性和可控性,而且具有特异性,可以消除某种化合物的副作用[62]。

在制备纳米颗粒的广泛聚合物中,蛋白质可能是最佳的候选者。它们是天然的,广泛可用,无毒,可生物降解,并且不会留下不良的副产品,因为它们是由氨基酸组成的。此外,具有不同物理化学特征的广泛蛋白质的存在使该技术能够成功地封装各种不同类型的活性化合物(亲水、疏水、大分子等)。表1显示了用于制备纳米颗粒作为多种活性化合物载体的不同种类蛋白质的示例。

表1。蛋白质纳米颗粒及其封装产物

蛋白质

封装产品

研究目的

参考

玉米蛋白

Dihydroxycoumarin

槲皮素

姜黄素

描述

稳定

Mucoadheion研究

[61]

[62]

[63]

明胶

Tizanidine盐酸,

氟哌酸

氟康唑

药物释放谱

[64]

BSA

骨形态发生蛋白2

生物活性

[65]

保险公司

Gd-DTPA

紫杉醇

癌成像

乳腺癌化疗

[66]

[67]

大豆分离蛋白

维生素B12

促进肠道运输和B12的吸收

[68]

丝绸

Alcain蓝色

若丹明B

胰岛素

体外释放谱

体外稳定性

[69]

[70]

在广泛的蛋白质中,从白蛋白制备纳米颗粒是一种有吸引力的策略。白蛋白在商业上很容易获得,它可以从牛血清(BSA)、人血清(HSA)、蛋清(OVA)以及大豆、牛奶和谷物中大量获得。此外,已知由于白蛋白分子中存在不同的药物结合位点,大量的药物可以被结合到白蛋白颗粒基质中。此外,由于白蛋白具有明确的一级结构,且含有大量的带电氨基酸,因此,白蛋白纳米颗粒可以静电吸附带负电荷和正电荷的分子,而不需要其他化合物[63]。

白蛋白与NE和SLPI的相互作用

尽管关于白蛋白与NE和SLPI的相互作用及其对其活性的影响的研究尚缺乏,但可以从有关这一主题的文献中收集一些证据。在一项关于人中性粒细胞弹性蛋白酶与可溶性和不可溶性蛋白底物(包括BSA)相互作用的研究中,发现BSA与NE作为有效底物可迅速形成可逆配合物。该复合物被证明在低浓度的eglin C等其他因子存在下可逆解离[64]。

然而,在最近的一项研究中,NE与两种抗生素粘菌素和妥布霉素在存在和不存在BSA的情况下孵育。发现这两种抗生素对弹性蛋白酶活性有抑制作用。而在白蛋白的存在下,NE的活性明显升高。说明白蛋白对NE具有激活作用,至少NE活性对白蛋白有很强的依赖性[63]。这些发现即使没有给出关于ne -白蛋白关系的深刻解释,但它可以表明,如果存在相互作用,那么这两个分子之间是一种非破坏性的相互作用。

对于SLPI,一项研究调查了SLPI与免疫球蛋白(Ig)和BSA的结合。本研究表明,在含有10 mM磷酸盐缓冲盐水(pH 7.5)的培养基中,SLPI可与Ig相互作用,但不能与BSA相互作用[64]。

一种制备NE和SLPI负载白蛋白纳米颗粒的新策略

在此基础上,可以提出一种新的NE和SLPI交付和定位策略。基于白蛋白的纳米颗粒可以通过不同的方法制备,并将其携带到分离的分子中。建议的制备方法之一是抗溶剂沉淀法(也称为纳米沉淀法或溶剂置换法)。在这些方法中,白蛋白和感兴趣的分子可以溶解在溶剂相中。在pH值7时,白蛋白分子应带负电荷,NE和SLPI应带正电荷。一种与溶剂混溶的非溶剂相将在搅拌下迅速加入。这将导致蛋白质分子过饱和导致热力学不稳定。然后,系统将通过降低颗粒形式的溶解蛋白浓度来恢复其稳定性。这些坍塌成粒子的蛋白质的一部分应该会捕获NE或SLPI。通过应用该方案,应获得载有Elastase或SLPI的白蛋白纳米颗粒(图6)。

图6。采用纳米沉淀法制备了NE负载和弹性蛋白酶负载的白蛋白纳米颗粒

这些配方在理论上可以成功制备,并可作为治疗各种情况的药物。NE负载的白蛋白纳米颗粒可以以与图4相同的方式应用于抗菌剂。通过在颗粒表面包裹具有一定表面修饰的弹性蛋白酶,NE可以仅作用于细菌杀灭,从而增加其所需的活性,减少甚至消除其对生物组织的不需要的蛋白水解作用。这将导致一种有效的抗菌杀灭策略,副作用可以忽略不计。

另一方面,负载slpi的纳米颗粒可作为NE抑制剂用于治疗NE起主要作用的急性肺损伤、COPD和其他肺部相关疾病。通过封装SLPI,这个概念可以集中并增加SLPI对NE的活性。此外,如上所述,SLPI具有重要的抗菌活性。通过这种策略,负载SLPI的颗粒可以作为抗菌剂,在体内特异性靶向细菌。对于开始失去疗效的抗生素治疗来说,这可能也是一个很好的选择。

然而,要采用这种策略,需要完成不同的优化和表征步骤。纳米颗粒的优化基本上是获得所需的形状、大小和体内给药的电荷。这些特性可以根据所使用的给药路线而有所不同。通过控制纳米沉淀法的初始参数,可以很容易地控制纳米颗粒的这些物理化学性质。此外,还需要完成不同种类的测试,突出包封效率和药物释放谱,以及纳米颗粒的稳定性。还应完成体外试验,以确定白蛋白颗粒对NE和SLPI活性的影响。最后,需要进行体内试验,以了解这些配方在循环中的行为。

结论

人中性粒细胞弹性蛋白酶是一种重要的酶,主要在中性粒细胞相关的抗菌杀伤中发挥作用,但由于其蛋白水解活性,在不同急性肺损伤和疾病中可引起组织降解。SLPI是一种对NE具有重要抑制活性和抗菌活性的天然小蛋白。肺内NE/SLPI比值失衡是肺组织破坏的主要原因。提出了利用这些分子治疗感染和急性损伤的新策略。以白蛋白为基础的纳米颗粒可作为药物载体,将这些分子送入作用部位,集中活性,消除副作用。但是,由于缺乏证据,这一建议需要进行测试和优化,才能作为一种有效的策略应用于NE和SLPI相关行动中。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

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编辑信息

主编

特里Lichtor
Tsuyoshi Hirata
Shinya美津浓
Giacomo柯拉

文章类型

评论文章

出版的历史

收稿日期:2018年10月29日
录用日期:2018年11月09日
出版日期:2018年11月12日

版权

©2018 Tarhini M.这是一篇根据创作共用署名许可条款发布的开放获取文章,允许在任何媒介上不受限制地使用、分发和复制,前提是注明原作者和来源。

引用

Tarhini M, Fessi H, Bentaher A, Greige-Gerges H, Elaissari A(2018)一种使用弹性蛋白酶及其抑制剂作为治疗药物的潜在新策略。翻译科学5:DOI: 10.15761/JTS.1000290

相应的作者

Abdelhamid Elaissari

里昂大学,法国维勒班,1918年11月11日大道43号,邮编:F-69100,法国法兰西科学院,克劳德·伯纳德·里昂大学1号

表1。蛋白质纳米颗粒及其封装产物

蛋白质

封装产品

研究目的

参考

玉米蛋白

Dihydroxycoumarin

槲皮素

姜黄素

描述

稳定

Mucoadheion研究

[61]

[62]

[63]

明胶

Tizanidine盐酸,

氟哌酸

氟康唑

药物释放谱

[64]

BSA

骨形态发生蛋白2

生物活性

[65]

保险公司

Gd-DTPA

紫杉醇

癌成像

乳腺癌化疗

[66]

[67]

大豆分离蛋白

维生素B12

促进肠道运输和B12的吸收

[68]

丝绸

Alcain蓝色

若丹明B

胰岛素

体外释放谱

体外稳定性

[69]

[70]

图1所示。摘要:NE和SLPI负载纳米颗粒在抗菌杀灭和肺组织保护中的应用

图2。中性粒细胞成熟过程,每个阶段的颗粒合成以及这些阶段中活性中性粒细胞弹性蛋白酶的合成。中性粒细胞成熟的早幼粒细胞阶段发生了azurophils的形成和弹性酶基因的转录-翻译

图3。NE成熟酶的活性位点和底物的裂解位点

图4。NE的抗菌活性:A) NE直接干扰对细菌的破坏。B) NE与MPO合作杀灭细菌。C) NE在细胞外陷阱形成中的作用

图5。(A) SLPI的结构和相互作用A) SLPI的不同结构域(B) WAP2结构域与中性粒细胞弹性蛋白酶的相互作用。显示了活性位点和二硫键的氨基酸残基。PDB id: 2z7f

图6。采用纳米沉淀法制备了NE负载和弹性蛋白酶负载的白蛋白纳米颗粒