【科普帖】多肽的种类与生物学功能

多肽（polypeptides）是α－氨基酸以肽键连接在一起而形成的化合物，是蛋白质水解的中间产物，通常由10~100个氨基酸分子脱水缩合而成，分子量低于10,000Da（Dalton，道尔顿）。

多肽的种类

多肽有生物活性肽和人工合成多肽两种。今天我们主要来聊聊生物体内各种各样的活性肽。

与大分子量蛋白质类似，低分子量的生物活性肽也广泛参与了机体大部分生理过程的调控。根据功能的不同，生物活性肽主要包括以下几类：

抗菌活性肽：当昆虫受到外界环境刺激时产生大量的具有抗菌活性的阳离子多肽。目前已筛选出百余种抗菌肽，体内外实验证实，多个抗菌肽不仅有很强的杀菌能力还能杀死肿瘤细胞。 

例如，从蚕体内筛选的抗菌肽D表现了很好的应用前景，并能利用基因工程技术生产。蛇毒内也存在多种活性多肽，从蛇毒内分离出一个13个氨基酸(INKAIAALAKKLL)小肽，其对G+及G-菌均有杀菌能力。

药用多肽：很多植物中药的有效成分是小分子多肽，比如我国科学家从大豆内加工分离出的活性多肽，可通过小肠直接吸收，能防治血栓，高血压和高血脂，还能延缓衰老，提高肌体抗肿瘤能力。从人参、茶叶、银杏叶等植物内也分离出很多用于心血管疾病的小肽。

免疫活性肽：一类存在于生物体内具有免疫功能的多肽。这种多肽在体内一般含量较低，结构多样，是一种细胞信号传导物质，通过内分泌、旁分泌、神经分泌等多种作用方式行使生物学功能。如来源于微生物的胞壁酰二肽、环孢素A等；来源于动物的胎盘免疫调节因子等。

神经活性肽：动物体内的激素和神经递质，如内啡肽、脑啡肽、生长激素抑制因子、促甲状腺激素释放激素等。

如果根据产生机制来分，那么生物活性肽可以分为经典的生物活性肽和非经典的生物活性肽：

经典的生物活性肽（Classical bio-active peptides, CBAPs）：是由前体蛋白水解而来，储存于细胞中的分泌囊泡中，可分泌到细胞外行使生物学功能（图1a）。如生物体内的激素，是由激素原水解而来的多肽。

非经典的生物活性肽（non-classical bio-active peptides, NCBAPs）：最近几年，这一类多肽吸引了越来越多科学家的关注。这些NCBAPs不是分泌蛋白，而是由短开放阅读框（short open reading frame, sORF）翻译而来的，位于细胞质中，参与了细胞内的多种生物过程，包括转录调控、钙离子运输、DNA修复等（图1b）。

图1 多肽产生的两种途径

小知识：短开放阅读框（short open reading frame, sORF）

一般的基因组注释流程只关注长度大于100个氨基酸的蛋白，对应的基因开放阅读框一般大于300nt，这些ORF是基因主要的蛋白编码ORF（mORF）。

而sORF则是长度小于300nt的ORF，一般位于非编码序列上（包括lncRNA、circRNA、编码基因的5’UTR等）。近年来已有越来越多的报道证明这些sORF可以编码具体多种生物学功能的多肽。

SEPs的生物学功能

这些sORF编码的多肽（sORF encoded polypeptides, SEPs）在生物体内参与了多种生物学过程，已在细菌、酵母、果蝇、小鼠、人细胞等各个物种中发现具有多种多样的生物学功能。甚至有文献报道短至由11个氨基酸组成的多肽在细胞内也有着具体的分子功能^[2]。下面具体举例：

在大肠杆菌中，由SgrS mRNA的一个sORF编码的SgrT，一个43-aa的SEP，可以在葡萄糖毒性条件下保护细胞（图2）^[1]。

果蝇tal/pri基因上有三个编码11-aa长SEP的sORF，以及一个编码32-aa长SEP的sORF。该基因突变可以导致果蝇四肢截断，而异源表达该11-aa长SEP则可恢复表型，说明该表型是由这个SEP调控的（图3）^[2]。

图2 大肠杆菌sORF编码的多肽具有生物学功能

图3 果蝇中sORF的生物学功能

小鼠中一个由lncRNA编码的46个氨基酸的小肽Myoregulin，可以调控肌浆网中的钙离子转运，从而调控肌肉的运动能力（图4）^[3]。

图4 小鼠中多肽Myoregulin调控肌肉运动能力。

人线粒体16S RNA上的一个75bp的sORF编码了一个24-aa多肽humanin，该功能多肽通过抑制促凋亡蛋白BAX从而保护细胞逃过β-amyloid介导的细胞凋亡^[4]。

人长非编码RNA——LINC-PINT环化形成的circ-PINT可翻译成一个87-aa的多肽，该功能多肽可以抑制脑胶质瘤的发展^[5]（基迪奥客户文章，具体解读请戳“基迪奥客户合作文章 | 翻译组测序揭示经典lncRNA形成环状RNA后可翻译功能多肽”）。

下表是对上述例子进行的汇总表。还有更多已报道功能的SEPs，大家感兴趣的话可以自行上Pubmed搜索，肯定是一搜一大把。

既然sORF编码的多肽SEPs在逆境胁迫、生长发育、细胞生理、肿瘤发生发展等多个方面都有重要功能，那么该如何对这些SEPs进行研究呢？研究思路和研究手段分别是怎么样的？我们下期再跟大家分享。今天的内容就先到这里啦！

参考文献：

[1] Wadler, C.S. & Vanderpool, C.K. Adual function for a bacterial small RNA: SgrS performs base pairing-dependentregulation and encodes a functional polypeptide. Proc. Natl. Acad. Sci. USA104, 20454–20459 (2007).

[2] Kondo T , Hashimoto Y , Kato K , et al.Small peptide regulators of actin-based cell morphogenesis encoded by apolycistronic mRNA[J]. NATURE CELL BIOLOGY, 2007, 9(6):660-665.

[3] Anderson D M , Anderson K M , Chang C L, et al. A micropeptide encoded by a putative long noncoding RNA regulatesmuscle performance.[J]. Cell, 2015, 160(4):595-606.

[4] Guo, B. et al. Humanin peptidesuppresses apoptosis by interfering with Bax activation. Nature 423, 456–461(2003).

[5] Zhang M , Zhao K , Xu X , et al. Apeptide encoded by circular form of LINC-PINT suppresses oncogenictranscriptional elongation in glioblastoma[J]. Nature Communications, 2018,9(1).