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Purification and characterization of protein MF-1 with fibrinolytic and anticoagulant activities from myxobacteria

黏细菌抗凝溶栓双功能蛋白MF-1的纯化及其酶学性质



全 文 :第7卷第4期
2009年7月
生 物 加 工 过 程
ChineseJournalofBioprocessEngineering
Vol.7No.4
July2009
doi:10.3969/j.issn.1762-3678.2009.04.011
收稿日期:2008-12-17
基金项目:科技部科技型中小企业创新基金资助项目(06C26215100476)
作者简介:赵晓飞(1983—),男,河南新乡人,硕士研究生,研究方向:微生物与生化药学;余 蓉(联系人),研究员,Email:yurong_scu@163.com
黏细菌抗凝溶栓双功能蛋白 MF1的纯化
及其酶学性质
赵晓飞1,余 蓉1,刘冰花2,皮桃英1,李 磊1,温馨蔚1
(1.四川大学 华西药学院,成都 610041;2.成都大学 医护学院,成都 610015)
摘 要:对黏细菌Angiococcussp.的抗凝溶栓双活性蛋白MF1进行纯化、鉴定并对其酶学性质进行初步研究。采
用丙酮分级沉淀法、DEAESepharose离子交换层析和 SephadexG50分子筛层析对发酵液进行纯化,用 SDSPAGE
和等电点聚焦电泳对其进行鉴定,并用纤维蛋白平板法和水解酪蛋白法对其酶学性质进行检测。结果表明:经过
一系列的纯化步骤分离得到该蛋白相对分子质量为32×104,等电点为85,酶的比活力为3076157U/mg,活性
回收率为139%;溶栓活性的最适反应温度为35℃,最适反应 pH为80;抗凝时间大于10min,且酶活性十分稳
定,在35℃下保温72h后仍有89%活性。首次从黏细菌中分离得到具有较高抗凝和溶栓双活性的 MF1蛋白,且
稳定不易失活,具有开发成为创新溶栓药物的潜力。
关键词:黏细菌;抗凝;溶栓
中图分类号:Q93915    文献标志码:A    文章编号:1672-3678(2009)04-0050-06
PurificationandcharacterizationofproteinMF1withfibrinolytic
andanticoagulantactivitiesfrommyxobacteria
ZHAOXiaofei1,YURong1,LIUBinghua2,PITaoying1,LILei1,WENXinwei1
(1.SchoolofPharmacy,SichuanUniversity,Chengdu610041,China;
2.SchoolofMedicineandNurse,ChengduUniversity,Chengdu610015,China)
Abstract:ProteinMF1producedbyfermentationwithmyxobacteriumAngiococcussp.waspurifiedand
identified,thefibrinolyticandanticoagulantactivitieswereassayed.Preliminaryenzymaticpropertiesof
theproteinwereinvestigated.Theproteininthefermentationbrothwasprecipitatedwithacetone,puri
fiedbyDEAESepharoseandSephadexG50chromatography,identifiedbySDSPAGEandisoelectric
focusingelectrophoresis,andassayedbythefibrinplateandthecaseinhydrolysate.Theresultsshowed
thatthemolecularweightoftheproteinwas32×104,PIwas85.Thefibrinolyticactivityreached
30761.57U/mg.Therecoveryactivityratewas139%,theoptimaltempertureofthefibrinolyticactiv
itywas35℃,pH=80,andtheactivityremained89% afterkeepingat35℃ for72h.Theanticoagu
lanttimewasmorethan10min.ItwasthefirstreportofMF1frommyxobacteriumwithbothfibrinolytic
andanticoagulantactivities.
Keywords:myxobacteria;anticoagulation;fibrinolytic
  血栓栓塞性疾病是当前危害人类健康,导致死 亡率最高的疾病之一。溶栓抗凝药物的发展对控
制血栓性病人的死亡率起到了十分重要的作用。
临床所使用的溶栓药物如链激酶、尿激酶以及纤溶
酶原激活剂(tPA)葡激酶等都存在不同的问题[1],
同时,抗凝溶栓药物需要分别给药,实际应用过程
中有许多不便之处,所以寻找具有溶栓和抗凝双活
性的药物已逐渐成为研究的热点。黏细菌作为高
等原核生物类群,具有复杂、多细胞行为[2],在细胞
分化、发育和生物进化研究中占有重要地位,其次
生代谢产物具有种类繁多、结构新颖、作用水平层
次多、作用机制多样等优点,已成为第三大次生代
谢产物产生菌。
虽然微生物是溶栓药物的一个主要来源,如芽孢
杆菌[3]、黄青霉菌(Peniciliumchrysogenum)H9[4]、根
霉(Rhizopuschinensis12)[5]以及海洋假单胞菌[6-7]
等,但在黏细菌中尚未有抗血栓物质被发现[8]。本研
究从黏细菌Angiococcussp.中分离得到天然来源的兼
有抗凝和溶栓双活性的蛋白,命名为MF 1,对其进
行鉴定和酶学性质的初步研究,并研究它的抗凝活
性、溶栓作用机理。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌种与培养基
黏细菌菌种由本实验室分离并保藏,从四川成
都文家场的纯食草兔粪中分离得到。培养基为
VY/4培养基[9]。
1.1.2 试剂与仪器
试剂:安琪酵母 湖北安琪酵母股份有限公司;
维生素B12(BR)成都市科龙化工试剂厂;尿激酶、
纤维蛋白原、凝血酶标准品 中国医学科学院成都输
血研究所;其他试剂为国产分析纯。
仪器:G 751分光光度计 上海安捷伦公司;
HD 2核酸蛋白检测仪 上海沪西仪器厂;HS 4
恒温水浴锅 太仓市科教器材厂;PHS 3C精密 pH
计 上海雷磁仪器厂。
1.2 方法
1.2.1 蛋白的分离方法
丙酮的分级沉淀:将冰丙酮加入发酵液中进行
分级沉淀,收集饱和度 40% ~60%组分,4000
r/min离心,挥发干丙酮。
DEAE SepharoseFastFlow离子交换层析:用
0067mol/L的磷酸盐缓冲液(pH896)平衡,将离
心后的丙酮沉淀溶解液上样,上样后静置30min。
再用0067mol/L的磷酸盐缓冲液(pH896)洗涤,再
用含有02mol/LNaCl的0067mol/L的磷酸盐缓冲
液(pH896)进行洗脱。收集各峰,并检测活性。
SephadexG 50分子筛层析:使用的层析柱规
格为Φ1cm×70cm。用0067mol/L的磷酸盐缓冲
液(pH896)平衡层析柱,然后将 DEAE的活性收
集峰上样。使用同样上述缓冲液进行洗脱,流速
15mL/min,收集洗脱峰,并检测活性。
1.2.2 蛋白含量测定方法
以牛血清白蛋白标准品做标准曲线,用 Brad
ford法[10]检测蛋白含量。
1.2.3 溶栓活性检测方法
纤维蛋白平板法[11]检测纤溶酶活力:将50μL
400NIH单位的凝血酶加入到25mL重组纤维蛋白
原溶液(4mg/mL)中,迅速混匀,倾入完全融化且已
降至50℃左右的25mL琼脂糖溶液(10g/L)中,室
温放置05h以上,凝固后打孔使用。孔中分别滴加
10、100、1000、5000和20000U/mL的尿激酶标准
品各30μL。平皿加盖,37℃温育15h。测量溶栓
圈相互垂直的两直径1和2,以直径的乘积的对数
lg12为纵坐标,以尿激酶标准品的单位活性的对
数lg(U/mL)为横坐标做标准曲线,求出对应的单
位酶活性。
水解酪蛋白法[12]检测纤溶酶活力:1mL蛋白酶
液加1mL酪蛋白溶液(10g/L)保温精确反应 10
min,立刻加入04mol/L三氯乙酸终止反应。1mL
上清液加5mL费林 酚甲试剂和1mL费林 酚乙
试剂40℃显色20min,然后用分光光度计检测A500。
用酪氨酸做标准曲线,以每分钟水解酪蛋白成
为酪氨酸的毫克数来计算活力。
1.2.4 抗凝活性检测方法
400μL,4mg/mL的重组纤维蛋白原溶液(用50
mmol/LTrisHCl,015mol/LNaCl,pH74配制)
中加入50μL待测蛋白液,充分混匀。用微量加样
器向混合液中加标准凝血酶(400NIH单位),每次5
μL,时间间隔1min,在1min内溶液出现凝集,即说
明滴定达到终点。
1.2.5 SDS PAGE法鉴定蛋白[13]
采用分离胶质量浓度为120g/L,浓缩胶质量浓
度为50g/L。
1.2.6 等电点聚焦电泳方法[13]
等电点聚焦电泳(IFE)用溶液配制方法:配制
分离胶质量浓度为 75g/L,浓缩胶质量浓度为 30
15 第4期 赵晓飞等:黏细菌抗凝溶栓双功能蛋白MF1的纯化及其酶学性质
g/L。电泳时,先60V预聚焦15min,加样后恒流8
mA,电压升至550V停止电泳。再恒压580V至电流
为零或指示品中的标记性成分不再泳动或时间足
够长且电流保持不变时终止电泳,处理胶板。
凝胶成像系统分析,根据系列等电点标准蛋白
及试样相对位置确定纤溶酶等电点。
1.2.7 温度、pH对酶活性及稳定性的影响
参照文献[14],在不同温度和pH下,用水解酪
蛋白法检测酶活力变化,并在不同温度和 pH中放
置1h,看温度对酶稳定性的影响。
1.2.8 加热纤维蛋白平板法考察溶栓作用机理[15]
首先将制备好的纤维蛋白平板在85℃加热30
min,冷却至室温后,加入待测试样,在37℃保温
15h,然后测定试样尿激酶的活性,并与这些试样在
常规纤维蛋白平板上的活性作为对照。
2 结果与讨论
2.1 MF 1蛋白的分离纯化
经过各步分离纯化后,比活力和活性回收率如
表1所示。活性检测方法采用纤维蛋白平板法。
表1 分离纯化过程中各部分收率
Table1 Yieldofeachstepofpurification
步骤 总蛋白量/mg 酶活力/U
比活力/
(U·mg-1)
纯化倍数 回收率/%
发酵液(100mL) 5787 286×105 494387 10 100
丙酮分级沉淀 1657 147×105 887169 18 514
DEAESepharoseFF 237 667×104 1875032 38 233
SephadexG 50 013 398×104 3076157 62 139
  由于细菌发酵液中成分复杂,需要选择1种对
多种蛋白初步分离的方式。蛋白的初步分离一般
采用硫酸铵沉淀法或有机溶剂沉淀法,本文选择丙
酮分级沉淀法,因为该方法对蛋白有较高的稳定
性,经过实验测定,冰丙酮不会对蛋白活性造成影
响,而且丙酮沉淀之后还可以省去除盐步骤。经过
离子交换层析(图1)和分子筛(图2)两步层析,得
到单一蛋白MF 1,其比活力为3076157U/mg,活
性回收率为139%。
图1 DEAESepharose离子交换层析图谱
Fig.1 ChromatographyofDEAESepharoseFF
2.2 MF 1蛋白的鉴定
经过SephadexG 50分子筛层析洗脱的活性
蛋白MF 1经过SDS PAGE与标准蛋白的对比分
析得出其相对分子质量为32×104(图3)。等电点
图2 SephadexG50层析图谱
Fig.2 ChromatographyofSephadexG75
聚焦电泳经过凝胶成像系统分析,其等电点为85。
M—标准蛋白;1—丙酮分级沉淀试样;
2—DEAE层析试样;3—G50层析试样
图3 纤溶活性蛋白的SDSPAGE图谱
Fig.3 SDSPAGEofeachsteppurification
25 生 物 加 工 过 程   第7卷 
2.3 MF 1蛋白酶学性质的研究
2.3.1 MF 1作用的最适温度和最适pH
水解酪蛋白法分别测定蛋白液在不同温度下
的酶活力(图 4),该酶在35℃时,酶活性最高,且
25~55℃,酶活性变化不大,具有较宽的适用温度。
图4 温度对酶活性的影响
Fig.4 Efectsoftemperatureonactivity
在最适温度35℃下,检测 pH30~110时酶
的活力大小(图5)。pH为80时酶活性最高,其最
适反应 pH为80。pH60~90活性没有明显的
变化,表明MF 1较为适合人体弱碱性的pH范围。
图5 pH对酶活性的影响
Fig.5 EfectsofpHonfibrinolyticactivity
2.3.2 MF 1蛋白的热稳定性研究
将MF 1蛋白溶液分别在不同温度下保温
60min,在0、10、20、40和60min时分别对溶液进行活
力检测,以0min时的酶活力为100%,计算出酶活性
的损失(图6)。由图6可以看出,蛋白溶液在35℃下
保温60min,活性仍保留90%以上;在55℃和65℃
时,20min以后活性有明显的下降;在75℃保温10
min,酶活立刻降低,低于原来活力的10%。
将MF 1蛋白溶液保温于35℃中72h,并检测
酶活力损失(图7)。由图7可知,在72h后,酶活仍保
留了89%,MF 1蛋白具有很高的稳定性。
  在对酶蛋白的热稳定性研究中,大多数只考察
图6 温度对酶稳定性的影响
Fig.6 Efectsoftemperatureonfibrinolyticstability
0—温育0h纤溶酶;1—温育1h纤溶酶;2—温育4h纤溶酶;
3—温育8h纤溶酶;4—温育24h纤溶酶;
5—温育48h纤溶酶;6—温育72h纤溶酶
图7 35℃下72h纤溶酶活性变化
Fig.7 Changesoffibrinolyticactivityat35℃ for72h
蛋白在10~60min的活性保留,而 MF 1蛋白在
35℃最适温度下72h仍有活性保留。目前临床使
用的溶栓药物,大多数都半衰期较短[16],必须短时
间内大量给药。实验表明 MF 1蛋白的溶栓活性
在35℃下稳定性很高,具有很好的应用研究前景。
2.4 MF 1蛋白的活性作用机理研究
2.4.1 溶栓作用机理研究
目前降解纤维蛋白主要有2种方式:一类是将
纤溶酶原激活为纤溶酶,从而降解构成血栓骨架的
纤维蛋白;另一类是直接降解血块中的纤维蛋白。
市售的纤维蛋白中都含有少量的纤溶酶原,在加热
的纤维蛋白平板上纤溶酶原被全部破坏其结果分
别见图8和图9。由图8、图9可知,尿激酶在加热
平板上失去溶栓活性,不能在加热的纤维蛋白平板
上产生透明圈,而 MF 1蛋白仍然有纤溶活性,且
透明圈的大小不变。所以 MF 1蛋白的作用机理
与尿激酶的作用机理不同,是直接降解纤维蛋白,
35 第4期 赵晓飞等:黏细菌抗凝溶栓双功能蛋白MF1的纯化及其酶学性质
并没有激活纤溶酶原的作用。理想的溶栓药物需
要对纤维蛋白有较高的特异性,且不激活血液中的
纤溶酶原[10]。MF 1蛋白就具有这一特点,能够有
效避免溶解血栓过程中出现的副反应。
A—水;B—尿激酶;C—活性蛋白
图8 正常纤维蛋白平板
Fig.8 Fibrinolyticactivityonnormalplate
A—水;B—尿激酶;C—活性蛋白
图9 加热纤维蛋白平板
Fig.9 Fibrinolyticactivityonheatedfibrinplate
2.4.2 抗凝活性研究
血液凝固过程主要包括3个阶段:凝血酶原激
活物的形成;凝血酶原激活变成凝血酶;纤维蛋白
原转化为凝胶状的纤维蛋白。抗凝活性的测定是
对酶在纤维蛋白凝固过程中所起的延迟作用进行
考察,纤维蛋白凝固时间越长,则抗凝活性越大。
MF 1蛋白在测定过程中10min内没有出现纤维蛋
白凝固现象,已表现出了很高的抗凝活力。抗凝作
用机理有水解纤维蛋白原、抑制凝血酶作用以及抗
血小板凝集等等,由于对MF 1蛋白的抗凝机理并
不明确,采用直接针对凝血酶 纤维蛋白原的测定方
法无法进行其抗凝活力的定量测定。
3 结 论
在实验室前期对于黏细菌 Angiococcussp.抗菌
活性研究的基础上,对该株黏细菌的次生代谢产物
做了进一步的分析,首次从黏细菌中得到了这种抗
凝溶栓双活性物质 MF 1蛋白。该蛋白不仅具有
抗凝溶栓双活性,且活性稳定;最适温度和最适 pH
范围较广,接近于人体的温度和pH;溶栓机理明确,
直接作用于纤维蛋白。MF 1蛋白的发现不仅拓
宽了微生物产纤溶酶的菌种范围,而且天然来源的
抗凝溶栓双活性物质更是给血栓病的治疗提供了
新的选择,为进一步研究和开发新型血栓药物提供
了重要的理论依据。
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(朱宏阳)
55 第4期 赵晓飞等:黏细菌抗凝溶栓双功能蛋白MF1的纯化及其酶学性质