【摘要】 本研究突破抗菌肽NZX工业化生产瓶颈，通过基因重组技术实现2.3g/L高表达量。详解其α-β折叠结构对葡萄球菌的膜破坏机制，体内实验证实10mg/kg剂量存活率超90%，为抗耐药菌药物开发提供新方案。

作为天然免疫系统的重要组成部分，抗菌肽NZX凭借其独特的α-β折叠结构（图1a），在抗耐药菌领域展现出巨大潜力。本研究通过毕赤酵母高效表达系统实现工业化量产，显著降低生产成本，为新型抗生素开发提供重要技术路径。

 

一、NZX抗菌肽结构特性解析

图1aNZX抗菌肽α-螺旋与β折叠三维构象示意图；图1bNZX两亲性表面与细菌膜相互作用模型

图1 plectasin（左）和NZX（右）的结构分析。（a） plectasin和NZX的分子模型。（b） plectasin（左）和NZX（右）的静电表面。

 

实验证实NZX继承母体plectasin的CSαβ构型，包含12-20位α螺旋区、双β折叠片层及三对二硫键（Cys4-Cys30等）。分子动力学模拟显示，其两亲性表面通过电荷吸附精准识别葡萄球菌阴离子膜，这种"锁钥机制"（图1b）是发挥广谱抗菌活性的结构基础。

 

二、重组生产工艺优化

pPICNZX重组质粒构建流程示意图

图2 （a） NZX的DNA序列。下划线和加粗的字母表示XhoI和XbaI酶切位点，箭头表示裂解位点。小写字母“aaaaga”表示Kex2裂解位点。斜体中的小写字母表示终止密码子。中间的红色箭头表示NZX的序列。（b）重组表达质粒pPICNZX示意图。

 

采用XhoI/XbaI双酶切构建系统，将密码子优化基因导入pPICZαA载体（图2）。毕赤酵母X-33工程菌经高密度发酵，分泌表达量达2.3g/L（图3a）。阳离子交换层析纯化获得纯度＞98%的活性肽，相较固相合成法成本降低76%。

Tricine-SDS-PAGE检测NZX纯化结果

图3 NZX的纯化与鉴定。

 

三、体内外抗菌效能验证

体外实验显示：NZX对MRSA最低抑菌浓度（MIC）为0.25μg/mL，血清半衰期延长至8.2小时。小鼠腹膜炎模型证实，10mg/kg剂量组存活率达92%，显著优于头孢曲松（60mg/kg）。机制研究发现其能阻断细菌生物膜形成，并下调TNF-α等炎症因子至基准水平1.8倍以下。

 

四、临床应用潜力评估

研究团队通过急性毒性实验证实NZX的LD50＞2000mg/kg，且无溶血反应。在猪葡萄球菌感染模型中，病灶细菌载量降低3个数量级，器官病理评分改善65%。这种高效低毒特性使其成为治疗耐药性皮肤感染、术后炎症的理想候选药物。

 

参考文献：1.Liu, H.;  Yang, N.;  Mao, R.;  Teng, D.;  Hao, Y.;  Wang, X.; Wang, J., A new high-yielding antimicrobial peptide NZX and its antibacterial activity against Staphylococcus hyicus in vitro/vivo. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2020, 104 （4）, 1555-1568.

 

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