ACS Nano | 具有噬菌体样作用过程的膜靶向多聚体（氨基酸）用于抗真菌治疗

侵入性真菌感染和药物耐药性日益增长，凸显了对替代抗真菌策略的紧迫需求。本研究合成了一种具有噬菌体样作用过程的鸟苷功能化多氨基酸（PArg₂₀），表现出优异的抗真菌活性和良好的生物相容性。PArg₂₀ 模拟噬菌体的三步感染过程，表现出类似噬菌体的“吸附-穿透-破坏”作用过程。最初，静电相互作用促进膜的吸附以进行靶向，随后由易位能力和局部膜扰动驱动膜穿透。一旦内化，_{PArg 20} 会触发一系列程序性的细胞内破坏，包括线粒体功能障碍、氧化应激和核破裂。与临床使用的抗真菌药物相比，PArg₂₀ 将真菌根除所需时间从超过 2 小时缩短至仅 10 分钟，且连续 15 次传代后无显著抗药性倾向。在小鼠角膜和全身性真菌感染模型中，PArg₂₀ 显著减轻真菌负担和炎症。总体而言，PArg₂₀ 表现出的噬菌体样作用过程提供了一种抗真菌方法，可能有助于对抗真菌感染，同时限制耐药性的出现。该研究以题为“Membrane-Targeting Poly(Amino Acids) with a Phage-Like Action Process for Antifungal Therapy”发表在ACS Nano上。

(A) PArg 筛选。(B) PArg 20 www.acsnano.org 20 文章是基于其通过抗真菌活性和选择性指数表现出的最佳性能而被选出的，显示出类似噬菌体的作用过程，包括三个连续步骤：吸附、穿透和破坏，有效损害真菌细胞。(C) PArg 20 通过破坏膜稳态并引发细胞内氧化应激反应诱导真菌细胞死亡

PArg n 的合成、表征及活性。(A) 通过聚合、去保护和胍化合成 PArg n 文章的合成路线。(B) POrn 和 PArg 20 的化学结构。(E) POrn 20 和 PArg 的 FT-IR 光谱。MFC 值以 MIC/MFC (μg/mL) 表示。(G,H) HC 选择性指数 (IC 50 /MIC)。1 20 和 PArg 20 20。(C)。(F) PArg 50 的 MIC 和 MFC 值及相应选择性指数 (HC 13 HNMR 光谱的 POrn n 20 和 PArg 20。(D) POrn 20 的 CNMR 光谱对抗白色念珠菌、金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的作用。MIC 和 50 /MIC)。(I,J) IC 50 及相应体外PArg 20的抗真菌性能。(A) 电阻诱导连续传代方案示意图。(B) 在持续暴露于FLZ（1/2 × MIC）、PArg和PArg 20（1/2 × MIC）或FLZ（1/8 × MIC）组合（1/8 × MIC）下，白色念珠菌的耐药发展。(C) 24小时内的生长抑制动力学。(D) PArg的MIC和MFC值。(E) 不同pH条件下PArg 20 的MIC变化，以及热处理（100°C）和紫外照射（254 nm）后PArg和FLZ的MIC变化。(F−I) PArg 20、PArg 5及其与临床抗真菌药物联合使用的FICI值。(J) 不同浓度PArg 20处理后白色念珠菌表面的电位变化。(K) PArg 20诱导的白色念珠菌胞浆膜去极化。(L) PArg 20针对白色念珠菌的靶向能力。比例尺表示10 μm。(M) 不同浓度PArg 20处理后白色念珠菌的活/死染色流式细胞分析。由BioRender创建。Xiao，BioRender.com/2r1uqce。

PArg 20分子与真菌细胞膜相互作用的机制。(A) 共聚焦荧光显微镜的时间推移图像显示了白色念珠菌（C. albicans）的杀菌过程。比例尺为5 μm。(B,C) 在10秒和300秒的荧光共定位分析；插图中的白线表示线性共定位分析的区域。(D) 白色念珠菌在不同处理剂作用下的扫描电子显微镜（SEM）和(E) 透射电子显微镜（TEM）图像。比例尺分别为5、2和0.5 μm。(F) 不同浓度PArg 20处理后的Annexin V-FITC/PI染色流式细胞术结果。(G) 不同PArg 20浓度下白色念珠菌细胞死亡模式的定量分析。(H) PArg 20在高浓度和低浓度下的抗真菌机制示意图。由BioRender制作。Xiao, BioRender.com/2r1uqce。PArg 20 与真菌细胞器相互作用的机制。(A) PArg 文章诱导的线粒体去极化和核破裂的示意图。(B) JC-1 染色的白色念珠菌在有或无 20 μM PArg 20 处理下的共聚焦荧光图像。(C) 各浓度 PArg 20 处理后 JC-1 染色的流式细胞术分析以及 PArg 20 处理后的线粒体膜电位变化。比例尺为 10 μm。(D) JC-1 流式细胞术评估的处理时间依赖性变化。(E) 共聚焦图像显示白色念珠菌在有或无 PArg 20-FITC 处理下的 Hoechst 染色细胞核。比例尺为 10 μm。(F) PArg 与 DNA 片段（PDB 代码：4U8C）的分子对接模拟。(G) DNA 与不同浓度 PArg 孵育后的琼脂糖凝胶电泳。由 BioRender 创建。Xiao, BioRender.com/2r1uqce。抗真菌反应的分子通路。(A) 白色念珠菌转录组测序示意图。(B) 转录组数据的二维主成分分析（PCA）和 (C) 三维主成分分析（PCA）。(D) 样本间相关性的热图。(E) 差异表达基因的火山图。(F) 显著富集的GO术语气泡图。使用BioRender制作。Xiao, BioRender.com/2r1uqce。体外抗生物膜性能。(A) 生物膜形成及PArg 20处理方案的示意图。(B,C) CV染色的宏观和显微图像，显示生物膜形成的抑制和成熟生物膜的清除。比例尺为200 μm。(D) 生物膜形成抑制的量化。(E) 成熟生物膜清除的量化。(F) 处理或未处理PArg 20-FITC的生物膜3D共聚焦图像。比例尺为50 μm。(G) 用SYTO9/PI染色的生物膜3D共聚焦图像。比例尺为100 μm。(H,I) 对照组和PArg-FITC处理组生物膜中DAPI与FITC的共定位分析。(J) 荧光穿透生物膜的量化。(K) 处理或未处理PArg 20的生物膜活/死荧光比分析。(L) 生物膜厚度处理。(M) 不同处理后生物膜的SEM图像。比例尺分别为30 μm和5 μm。由BioRender创建。Xiao, BioRender.com/2r1uqce

PArg 20在小鼠角膜炎感染模型中的疗效。(A) 角膜炎诱导及体内抗真菌评估的示意图。(B) 治疗期间感染眼睛的代表性图像及第5天的荧光素钠染色。(C) 不同时点的实时眼部荧光成像。(D) 第5天眼组织匀浆的平板培养图像。(E) 治疗期间角膜炎的临床评分。(F) 第5天荧光素染色角膜病变面积的定量分析。(G) 不同时点眼部荧光强度的定量分析。(H) 第5天角膜匀浆的菌落形成单位(CFU)计数。(I) 角膜组织切片的H&E及PAS染色图像。比例尺分别为0.5 mm和50 μm。(J) 角膜组织切片中IL-1β和IL-6的免疫荧光染色图像。比例尺为50 μm。(K) 角膜厚度的定量分析。(L,M) IL-1β和IL-6的定量荧光分析。使用BioRender制作。Xiao, BioRender.com/2r1uqce

总结

面对越来越难缠的真菌感染和日益严峻的耐药性问题，科学家们从噬菌体的攻击方式中找到了灵感。来自《ACS Nano》的一项研究展示了一种名为PArg20的胍基化聚氨基酸材料。它模仿噬菌体“吸附-穿透-崩解”的三步式攻击策略，能够精准识别并摧毁真菌细胞。实验显示，这种材料能在短短10分钟内高效杀灭白色念珠菌，杀菌速度远超传统的氟康唑和卡泊芬净，且连续传代15次后真菌仍未产生耐药性，表现出了极高的稳定性和治疗潜力。

进一步研究发现，PArg20的作用机制非常精妙。它首先通过静电作用吸附在真菌细胞膜上，随即穿透膜结构进入细胞内部，引发包括线粒体功能障碍、氧化应激甚至细胞核破裂在内的一系列连锁破坏。这种多靶点的作战方式不仅能有效杀灭浮游真菌，还能穿透生物被膜，对成熟生物膜也有极强的清除能力。在小鼠真菌性角膜炎和全身感染模型中，该材料显著降低了真菌负荷和炎症反应，且生物相容性良好，为应对耐药性真菌感染提供了一种全新的治疗思路。

参考文献：

DOI: 10.1021/acsnano.5c13661