肽库的概念和分类

互联网2010-12-02

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肽库的概念和分类

肽库 (peptidelibraries)是大量特定长度且序列不同的小肽的集合，它包括了该长度短肽中各种(或绝大部分)氨基酸序列的排列组合。

肽库最早是Geyson及其同事在1986年提出的，他们认为：①蛋白质分子之间的结合或识别主要是由局部肽段上数个氨基酸残基间的相互作用来完成的，这些氨基酸之间形成非共价键联系；②有些多肽虽然其序列与抗原的天然表位不同，但在结合抗体或配体时的方式是相同的，因此这种具有关键氨基酸残基的多肽称为模拟表位(mimotope)。模拟表位的概念在随机肽库的发展过程中起到了重要的推动作用。所谓肽库筛选就是获得这些具有特定结合功能的多肽，以替代大分子的蛋白质。

肽库根据其构建的方式不同，可分为天然肽库和合成肽库两大类，而合成肽库又可依据构建的原理不同可分为化学合成肽库和生物合成肽库。

(一)天然肽库

天然肽库(naturalpeptidelibrary)是采用化学降解方法或蛋白酶水解方法对天然蛋白质进行处理后产生的。化学降解方法如采用溴化氰(CNBr)作用于蛋白质上的Met-X、2-硝基-5-硫氰苯甲酸(NTCB)作用于Lys-X等，从而降解蛋白质；蛋白酶水解方法如采用胃蛋白酶、胰蛋白酶等降解蛋白质，从而得到含有不同长度的多肽集合，然后结合活性检测技术以及分离纯化技术，可以快速有效地得到天然的活性肽，这是获得目标肽的经典方法。

(二)合成肽库

1．化学合成肽库

化学合成肽库(syntheticpeptidelibrary)是采用化学合成的方法随机合成特定长度小肽的集合。在合成肽库时可以利用20种天然氨基酸作为构建单元，库容量的大小则由构成特定长度肽段的氨基酸数目(n)决定，可简单计算为20ⁿ 。如构建一个二肽库则有20² (400＝4×10² )种组合，三肽库有20³ (8 000＝8×10³ )种组合，以此类推。构建单元的氨基酸除了可以利用天然氨基酸外，还可以引入非天然氨基酸如D-氨基酸、有机小分子等，从而构建具有特定结构和功能的肽库。如1991年Lam等在Natrue上首先报道了以树脂珠(100～200//m)为载体合成的五肽库，在肽库中每个树脂珠上只偶联一种五肽，而且这些五肽能够与相应蛋白质发生结合，利用酶、荧光素和同位素等标记的特异性蛋白如抗体、配体、酶等作为探针，当与肽库相互作用后，根据这些标记物就可以从肽库中筛选并分离得到包含一种特定五肽的树脂珠，通过对其上的肽段进行多肽测序，从而获得活性肽。

常见的化学合成肽库构建方法有：混合-均分法(一珠一肽)、迭代展开法、位置扫描法、光控定位合成法、茶叶袋法、多针法和纤维载体法等。

与生物合成肽库相比，化学合成肽库的优点是：①构成肽段的氨基酸除了天然L-氨基酸外，还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构建肽库时可包含不同的二级结构，如环形、。-螺旋、p-折叠等；③化学合成肽库的筛选方式具有高效、微量、高度自动化的特点，通过筛选后可以直接获得最佳序列。因此，许多大的制药公司都在采用化学合成肽库进行目标肽筛选，并成为近年来用以发现新药先导化合物的一种重要手段。

化学合成肽库的缺点是成本高(包括氨基酸序列分析)、不能扩增及重复使用，而且，目前从化学合成肽库中获得的多肽，由于其口服吸收差、生物利用度低而限制了它们作为药物的发展，至今尚未有一种重要的药物上市。但合成肽仍在不断改进完善中，极具发展前景。

2．生物合成肽库

生物合成肽库主要是噬菌体肽库(phagepeptidelibrary)，又称噬菌体随机肽库(phage random peptide library)。它是以感染性丝状噬菌体为载体，将一段人工合成的随机序列DNA片段，通过基因工程手段插入其编码外壳蛋白的基因中，这个外源DNA片段所编码的多肽可与噬菌体外壳蛋白一起以融合蛋白的形式展示于活的噬菌体表面衣壳上，并保持相对独立的空间构象和生物活性，同时不影响该重组噬菌体感染宿主菌的能力。每个噬菌体病毒粒子的表面只能展示一种外源随机肽，所有展示不同多肽的噬菌体集合就构成了随机肽库。然后通过目标蛋白(如单抗)对噬菌体随机肽库进行亲和筛选，富集那些展示能与目标蛋白发生结合的肽的噬菌体(即相应的噬菌体抗原肽)，而且这种展示有抗原肽的噬菌体可以在大肠杆菌中大量增殖，因此一旦获得了展示有特异性肽的一个重组噬菌体，那么此噬菌体就可以成为特异性肽的无限来源。

噬菌体肽库的主要优点就是成本低，能够在体外扩增，可以简单而迅速地得到大量目标噬菌体肽。从理论上来说，噬菌体随机肽库只要足够大，就可以从中筛选到任何所需要的多肽序列，而且有可能筛选到自然界根本不存在的某些序列。但实际上，由于噬菌体本身是一种生物，尤其是一种必须依赖于宿主的生物，因此其表达的多肽必定会受到一定程度的限制。尽管如此，噬菌体肽库技术在实际研究工作中仍然发挥着非常重要的作用，应用前景十分广阔。