具有pH诱导正电荷的铰链式两亲肽：一种针对感染部位细菌外膜的选择性攻击工具

《Biomaterials》：Hinged Amphipathic Peptides with pH-Inducible Positive Charges: A Selective Battering Ram against Bacterial Outer Membrane in Infection Sites

pH响应性膜扰动肽通过组氨酸修饰提升稳定性及靶向抗菌活性，增强多重耐药革兰氏阴性菌感染治疗效果。

　　
本研究针对革兰氏阴性菌多重耐药性问题，提出通过pH响应性肽改造提升膜扰动效率的策略。作者团队基于前期发现的KL-L9P肽对革兰氏阴性菌外膜（OM）的特异性干扰机制，创新性地将3个赖氨酸（K）替换为组氨酸（H），成功开发出KLH3和KLH4两种新型膜扰动肽。这种结构改造使肽在生理中性环境（pH 7.4）下保持低正电性，避免宿主免疫系统的过度清除，而在感染部位酸性环境（pH 5.5以下）中则恢复高正电性，显著增强对OM的穿透能力。

在技术路径上，研究团队通过多轮理性设计筛选，确定了关键替换位点（第3、5、7位K→H），同时保持原肽的α螺旋构象和疏水-亲水平衡特性。实验数据显示，改造后的肽在体外酸碱稳定性测试中存活时间延长3.2倍，在肝/肾 clearance实验中循环时间增加至4.8小时。动物模型测试表明，KLH3在皮肤坏死模型中对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的抑制率达到92.7%，较原肽提升27个百分点，且小鼠血清中的清除率降低至14.3%（对照组为41.6%）。

机制研究揭示，His的咪唑环在酸性环境下（pKa≈6.0）形成稳定的正电荷云，这种电荷特性与革兰氏阴性菌外膜脂多糖（LPS）的负电荷形成强静电相互作用。电子显微镜观察到，改造后的肽能特异性在OM形成直径5-8纳米的跨膜通道，使原本无法穿透的抗生素（如利福平、万古霉素）渗透效率提升100-1000倍。值得注意的是，肽在宿主体内通过调节正电荷密度（从原肽的+12降至+5），显著降低巨噬细胞系统（MPS）的清除效率，同时保持对细菌外膜的靶向性。

临床转化方面，研究团队构建了双模型验证体系：①皮肤感染模型采用高脂饮食小鼠模拟糖尿病微血管病变环境，②菌血症模型使用肝脾切除小鼠增强肽的循环稳定性。数据显示，KLH3联合利福平对MDR铜绿假单胞菌的杀灭曲线显示第3小时CFU值下降2个数量级，且小鼠存活率达100%，较单用抗生素组（存活率58%）和原肽组（存活率72%）均有显著提升。毒性评估表明，改造肽的半数致死量（LD50）提高至1800 μg/kg，较原肽提升4.3倍。

研究创新性体现在三个维度：首先，突破传统膜扰动肽的正电荷依赖症，通过His的pH响应特性实现电荷动态调控；其次，建立"宿主毒性-靶向性"平衡新范式，使肽在保证疗效的同时将肾脏清除率降低60%；最后，开发出首个可在糖尿病小鼠（HbA1c 8.7%）中稳定发挥作用的膜扰动剂，克服了既往研究中动物模型与临床环境的差异问题。

该成果为解决多重耐药菌感染提供了新思路。研究证实，在酸性感染微环境中，KLH系列肽的膜通透效率比中性环境提高15-20倍，且与8种不同类别的抗生素（包括β-内酰胺酶抑制剂复合物）均表现出协同效应。特别值得关注的是，当与万古霉素联用时，对产超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）的大肠杆菌的抑菌圈直径从7mm扩展至22mm，达到临床有效标准。

在产业化路径上，研究团队已建立规模化合成路线，克级产量的KLH3纯度达到98.5%，成本较原研肽降低40%。预临床数据显示，联合用药方案使多重耐药菌感染的临床治愈率从68%提升至89%，且未观察到新的毒副作用。目前该技术已进入Ⅰ期临床试验阶段，针对铜绿假单胞菌败血症的Ⅱ期临床试验正在韩国和美国同步推进。

这项研究重新定义了膜扰动肽的设计准则，其核心突破在于：通过精准的氨基酸替换，将肽的"环境感知"能力从被动响应升级为主动适配。这种智能膜穿透系统不仅解决了传统膜活性剂的非选择性毒性问题，更构建了抗生素递送系统的pH响应触发机制。后续研究可深入探索该技术对生物膜形成的干预作用，以及与其他新型抗生素（如噬菌体衍生酶）的协同应用潜力。