肽庫(kù)(peptidelibraries)是大量特定長(zhǎng)度且序列不同的小肽的集合,它包括了該長(zhǎng)度短肽中各種(或絕大部分)氨基酸序列的排列組合。
肽庫(kù)zui早是Geyson及其同事在1986年提出的,他們認(rèn)為:①蛋白質(zhì)分子之間的結(jié)合或識(shí)別主要是由局部肽段上數(shù)個(gè)氨基酸殘基間的相互作用來(lái)完成的,這些氨基酸之間形成非共價(jià)鍵;②有些多肽雖然其序列與抗原的天然表位不同,但在結(jié)合抗體或配體時(shí)的方式是相同的,因此這種具有關(guān)鍵氨基酸殘基的多肽稱(chēng)為模擬表位(mimotope)。模擬表位的概念在隨機(jī)肽庫(kù)的發(fā)展過(guò)程中起到了重要的推動(dòng)作用。所謂肽庫(kù)篩選就是獲得這些具有特定結(jié)合功能的多肽,以替代大分子的蛋白質(zhì)。
肽庫(kù)根據(jù)其構(gòu)建的方式不同,可分為天然肽庫(kù)和合成肽庫(kù)兩大類(lèi),而合成肽庫(kù)又可依據(jù)構(gòu)建的原理不同可分為化學(xué)合成肽庫(kù)和生物合成肽庫(kù)。
(一)天然肽庫(kù)
天然肽庫(kù)(naturalpeptidelibrary)是采用化學(xué)降解方法或蛋白酶水解方法對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行處理后產(chǎn)生的?;瘜W(xué)降解方法如采用溴化氰(CNBr)作用于蛋白質(zhì)上的Met-X、2-硝基-5-硫氰苯甲酸(NTCB)作用于Lys-X等,從而降解蛋白質(zhì);蛋白酶水解方法如采用*、*等降解蛋白質(zhì),從而得到含有不同長(zhǎng)度的多肽集合,然后結(jié)合活性檢測(cè)技術(shù)以及分離純化技術(shù),可以快速有效地得到天然的活性肽,這是獲得目標(biāo)肽的經(jīng)典方法。
(二)合成肽庫(kù)
1.化學(xué)合成肽庫(kù)
化學(xué)合成肽庫(kù)(syntheticpeptidelibrary)是采用化學(xué)合成的方法隨機(jī)合成特定長(zhǎng)度小肽的集合。在合成肽庫(kù)時(shí)可以利用20種天然氨基酸作為構(gòu)建單元,庫(kù)容量的大小則由構(gòu)成特定長(zhǎng)度肽段的氨基酸數(shù)目(n)決定,可簡(jiǎn)單計(jì)算為20n。如構(gòu)建一個(gè)二肽庫(kù)則有202(400=4×102)種組合,三肽庫(kù)有203(8 000=8×103)種組合,以此類(lèi)推。構(gòu)建單元的氨基酸除了可以利用天然氨基酸外,還可以引入非天然氨基酸如D-氨基酸、有機(jī)小分子等,從而構(gòu)建具有特定結(jié)構(gòu)和功能的肽庫(kù)。如1991年Lam等在Natrue上首先報(bào)道了以樹(shù)脂珠(100~200//m)為載體合成的五肽庫(kù),在肽庫(kù)中每個(gè)樹(shù)脂珠上只偶聯(lián)一種五肽,而且這些五肽能夠與相應(yīng)蛋白質(zhì)發(fā)生結(jié)合,利用酶、熒光素和同位素等標(biāo)記的特異性蛋白如抗體、配體、酶等作為探針,當(dāng)與肽庫(kù)相互作用后,根據(jù)這些標(biāo)記物就可以從肽庫(kù)中篩選并分離得到包含一種特定五肽的樹(shù)脂珠,通過(guò)對(duì)其上的肽段進(jìn)行多肽測(cè)序,從而獲得活性肽。
常見(jiàn)的化學(xué)合成肽庫(kù)構(gòu)建方法有:混合-均分法(一珠一肽)、迭代展開(kāi)法、位置掃描法、光控定位合成法、茶葉袋法、多針?lè)ê屠w維載體法等。
與生物合成肽庫(kù)相比,化學(xué)合成肽庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)是:①構(gòu)成肽段的氨基酸除了天然L-氨基酸外,還可采用非天然氨基酸,如D-氨基酸、N-甲基化氨基酸、糖基化氨基酸等;②構(gòu)建肽庫(kù)時(shí)可包含不同的二級(jí)結(jié)構(gòu),如環(huán)形、。-螺旋、p-折疊等;③化學(xué)合成肽庫(kù)的篩選方式具有、微量、高度自動(dòng)化的特點(diǎn),通過(guò)篩選后可以直接獲得*序列。因此,許多大的制藥公司都在采用化學(xué)合成肽庫(kù)進(jìn)行目標(biāo)肽篩選,并成為近年來(lái)用以發(fā)現(xiàn)新藥先導(dǎo)化合物的一種重要手段。
化學(xué)合成肽庫(kù)的缺點(diǎn)是成本高(包括氨基酸序列分析)、不能擴(kuò)增及重復(fù)使用,而且,目前從化學(xué)合成肽庫(kù)中獲得的多肽,由于其口服吸收差、生物利用度低而限制了它們作為藥物的發(fā)展,至今尚未有一種重要的藥物上市。但合成肽仍在不斷改進(jìn)完善中,發(fā)展前景。
2.生物合成肽庫(kù)
生物合成肽庫(kù)主要是噬菌體肽庫(kù)(phagepeptidelibrary),又稱(chēng)噬菌體隨機(jī)肽庫(kù)(phage random peptide library)。它是以感染性絲狀噬菌體為載體,將一段人工合成的隨機(jī)序列DNA,pian段,通過(guò)基因工程手段插入其編碼外殼蛋白的基因中,這個(gè)外源DNA,pian段所編碼的多肽可與噬菌體外殼蛋白一起以融合蛋白的形式展示于活的噬菌體表面衣殼上,并保持相對(duì)獨(dú)立的空間構(gòu)象和生物活性,同時(shí)不影響該重組噬菌體感染宿主菌的能力。每個(gè)噬菌體病毒粒子的表面只能展示一種外源隨機(jī)肽,所有展示不同多肽的噬菌體集合就構(gòu)成了隨機(jī)肽庫(kù)。然后通過(guò)目標(biāo)蛋白(如單抗)對(duì)噬菌體隨機(jī)肽庫(kù)進(jìn)行親和篩選,富集那些展示能與目標(biāo)蛋白發(fā)生結(jié)合的肽的噬菌體(即相應(yīng)的噬菌體抗原肽),而且這種展示有抗原肽的噬菌體可以在大腸桿菌中大量增殖,因此一旦獲得了展示有特異性肽的一個(gè)重組噬菌體,那么此噬菌體就可以成為特異性肽的無(wú)限來(lái)源。
噬菌體肽庫(kù)的主要優(yōu)點(diǎn)就是成本低,能夠在體外擴(kuò)增,可以簡(jiǎn)單而迅速地得到大量目標(biāo)噬菌體肽。從理論上來(lái)說(shuō),噬菌體隨機(jī)肽庫(kù)只要足夠大,就可以從中篩選到任何所需要的多肽序列,而且有可能篩選到自然界根本不存在的某些序列。但實(shí)際上,由于噬菌體本身是一種生物,尤其是一種必須依賴(lài)于宿主的生物,因此其表達(dá)的多肽必定會(huì)受到一定程度的限制。盡管如此,噬菌體肽庫(kù)技術(shù)在實(shí)際研究工作中仍然發(fā)揮著非常重要的作用,應(yīng)用前景十分廣闊。