自組裝多肽是一種肽分子或多種肽分子依靠分子間相互作用，自發(fā)地或觸發(fā)地在體系中結(jié)合連接形成的納米結(jié)構(gòu)聚集體，其納米結(jié)構(gòu)包括球形膠束、囊泡、線狀、帶狀、層狀、柱狀、管狀、球狀和網(wǎng)狀等結(jié)構(gòu)。這種聚集體具備生物相容性好、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出不同于單體多肽分子的特性和優(yōu)勢(shì)，因此其在藥物傳遞、組織工程、生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)和工程疫苗等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

       多肽自組裝機(jī)制

       多肽可以自發(fā)或者由特定條件觸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)自組裝，并進(jìn)一步形成形態(tài)特定的結(jié)構(gòu)。多肽主要借助氫鍵、親/疏水相互作用、靜電作用、π-π 堆積等非共價(jià)作用力進(jìn)行自組裝。非共價(jià)鍵力的強(qiáng)度雖弱于共價(jià)鍵，但是當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量以及在這些非共價(jià)驅(qū)動(dòng)力聯(lián)合作用下，分子依舊能形成穩(wěn)定的納米組裝結(jié)構(gòu)。①親水/疏水相互作用。疏水相互作用是分子中的非極性部分因避開(kāi)水相而彼此聚在一起的作用力，親水作用力和疏水作用力是兩親性肽自組裝的主要驅(qū)動(dòng)力，它們?cè)诜€(wěn)定二、三級(jí)構(gòu)象方面承擔(dān)著重要角色。類似于生物膜結(jié)構(gòu)中的磷脂雙分子層，兩親肽的親水、疏水部分會(huì)自發(fā)地根據(jù)親疏水力靠近或遠(yuǎn)離。通過(guò)控制這兩部分的結(jié)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)出不同功能的自組裝多肽分子以及不同形貌的聚集體。親水和疏水相互作用對(duì)自組裝的周期以及形態(tài)、結(jié)構(gòu)具有調(diào)節(jié)作用。②氫鍵。氫鍵是由極性很強(qiáng)的X–H基上的氫原子與另一個(gè)電負(fù)性強(qiáng)的原子Y (如O、N、F 等)相互作用所產(chǎn)生的某種吸引力。氫鍵作用力具有方向性(即X與Y之間的角度接近 180°)和飽和性(即一般情況下X–H只能和一個(gè)Y 結(jié)合)，可以在分子間或分子內(nèi)形成。氫鍵作用力是穩(wěn)定蛋白質(zhì)等高級(jí)結(jié)構(gòu)的主要推動(dòng)力。③靜電作用。多肽分子中帶正電和負(fù)電的氨基酸殘基間通過(guò)靜電吸引與靜電排斥作用力影響多肽的自組裝行為。靜電作用不具有方向性，易受到離子強(qiáng)度和 pH 的干擾。④π-π堆積作用。π-π 堆積發(fā)生在含有芳香性結(jié)構(gòu)氨基酸的自組裝多肽中，這種弱相互作用力存在于相對(duì)富電子和缺電子的兩個(gè)分子之間，使其能夠以面對(duì)面和邊對(duì)面的方式進(jìn)行堆疊，并且該作用力具有取向性，將π-π 共軛雙鍵引入多肽能顯著影響分子周?chē)沫h(huán)境，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)多肽形成特殊的組裝形貌。

       自組裝多肽在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

       1、自組裝多肽在藥物遞送中的應(yīng)用

       近年來(lái)，自組裝肽作為納米材料在藥物輸送方面取得了許多進(jìn)展。自組裝多肽作為藥物載體具有較多優(yōu)勢(shì)，除了合成快速、可調(diào)控外，還可以通過(guò)提供與靶細(xì)胞受體結(jié)合的特定配體來(lái)改善細(xì)胞攝取，確保藥物在特定靶點(diǎn)的響應(yīng)性釋放，不會(huì)對(duì)其他細(xì)胞產(chǎn)生毒 性作用，并最終從體內(nèi)自由排出。游離形式藥物的臨床應(yīng)用往往受到一些不利性質(zhì)的限制，如水溶性低、生物分布差、降解率高。此外，一些藥物不能直接給藥或有誘導(dǎo)免疫反應(yīng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。為了克服這些不良特性并提高治療效率，需要將藥物與合適的藥物載體結(jié)合起來(lái)。例如，多功能肽P51 被研究用于疏水性化療藥物吡柔比星的遞送，P51 肽是由特異性靶向的RGD序列、帶負(fù)電的氨基酸序列(酶響應(yīng)性)、二硫鍵連接段(還原響應(yīng)性)以及α-螺旋41 肽(酸響應(yīng)性)組成。α-螺旋部分借助疏水和靜電驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行自組裝，負(fù)載吡柔比星后形成穩(wěn)定的球形納米顆粒。酸、還原劑二硫蘇糖醇(dithiothreitol, DTT)和酶均可刺激自組裝納米顆粒釋放疏水藥物。特別是當(dāng) 3 種觸發(fā)因素均存在時(shí)，藥物釋放效率能夠顯著提高。該自組裝體已被證實(shí)具有腫瘤靶向性和低毒 性，為自組裝肽在藥物遞送上的應(yīng)用提供了重要參考價(jià)值。

       此外，水凝膠具有在多孔、膨脹的結(jié)構(gòu)中吸收和保持水分的能力，由于其廣泛的物理性質(zhì)和化學(xué)適應(yīng)性，使其成為一種很好的藥物輸送系統(tǒng)。肽類水凝膠具有良好的生物相容性、親水性、易被加工等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于治療劑和承接給藥載體。它由寡肽分子通過(guò)物理交聯(lián)形成的納米纖維堆疊而成，具有以下優(yōu)點(diǎn)，首先基于外界因素制備響應(yīng)性水凝膠可用于調(diào)控體外釋藥過(guò)程；其次使用多肽偶聯(lián)修飾基團(tuán)的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程可促進(jìn)藥物與水凝膠的絡(luò)合；其三，兩種帶有相反電荷的多肽共組裝形成的水凝膠在有效控制載藥量的同時(shí)還可以協(xié)同免疫器官抑瘤；其四，靶向性的輸送藥物可用于癌癥治療。雖然自組裝多肽作為藥物載體具有上述諸多優(yōu)勢(shì)，但是組裝的肽水凝膠的機(jī)械和流變性能較差，導(dǎo)致注射困難，從而限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。為此，有研究將正電荷多肽 PLL與自組裝二肽 Fmoc-FF 進(jìn)行偶聯(lián)，兩者間的靜電相互作用使得纖維水凝膠能夠剪切變稀和自愈，從而形成具有適于注射的流變特性的水凝膠。

       2、自組裝多肽在組織工程中的應(yīng)用

       組織工程方法由3個(gè)關(guān)鍵要素，支架、細(xì)胞和生長(zhǎng)因子組成，其中支架是提供細(xì)胞仿生環(huán)境的關(guān)鍵。自組裝多肽支架因有良好的生物相容性、可調(diào)控的生物降解性，已用于神經(jīng)、脊髓和骨組織工程中。在神經(jīng)組織工程方面，支架材料能與神經(jīng)細(xì)胞良好相容，誘導(dǎo)軸突的發(fā)生與延長(zhǎng)，抑制瘢痕組織的形成。N-鈣粘蛋白由神經(jīng)細(xì)胞表達(dá)，可控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中軸突引導(dǎo)，突觸形成，突觸結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)以及星形膠質(zhì)細(xì)胞與突觸的接觸等。在脊髓組織工程方面，支架可提供脊髓鄰近細(xì)胞生長(zhǎng)的環(huán)境和空間，指引神經(jīng)元軸突延伸，防止外界成分干擾和瘢痕形成，使新生組織接近于正常組織結(jié)構(gòu)。脊髓損傷后血脊髓屏障的破壞會(huì)導(dǎo)致炎癥和神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕形成，從而抑制軸突生長(zhǎng)，并降低移植到損傷部位支架的有效性。在研究RADA 自組裝多肽納米纖維支架對(duì)大鼠脊髓損傷的修復(fù)，表明其可以減少脊髓損傷大鼠的炎癥和神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕形成，并增加損傷移植部位的軸突密度，減小脊髓損傷區(qū)域的面積，證明載細(xì)胞自組裝多肽支架可用于脊髓損傷的修復(fù)。在骨組織再生方面，自組裝多肽對(duì)骨質(zhì)疏松癥和軟骨缺損等骨組織疾病具有理想的治療效果。研究發(fā)現(xiàn)，將自組裝多肽水凝膠（SAPH）涂覆在聚己內(nèi)酯（PCL）支架上，一方面提供了SAPH 納米纖維和微米纖維網(wǎng)絡(luò)，形成有利于骨和軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)的仿生ECM 微環(huán)境，另一方面 SAPH顯著改善了PCL 表面疏水性，有利于細(xì)胞黏附和 ECM 沉積，能實(shí)現(xiàn)了兔關(guān)節(jié)腔骨和軟骨缺損的同步修復(fù)。

       3、自組裝多肽在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用

       自組裝多肽能夠特異性識(shí)別病灶部位高表達(dá)的生物標(biāo)志物，實(shí)現(xiàn)疾病的精確診斷和有效治療。通過(guò)原位和異位構(gòu)建組合各種成像物，即放射 性同位素、熒光發(fā)色團(tuán)等的自組裝多肽，已開(kāi)發(fā)出多種高度特異性的自組裝多肽類探針，成為醫(yī)學(xué)檢測(cè)和成像的重要方法。如受綠色熒光蛋白發(fā)色團(tuán)的啟發(fā)，有學(xué)者設(shè)計(jì)了一種基于酪氨酸(Y)的肽，即Fc-YYGCGPGRC，此肽自組裝成納米顆粒并通過(guò)分子間氫鍵穩(wěn)定，納米顆粒對(duì)pH 值敏感，當(dāng)酪氨酸的酚基團(tuán)脫質(zhì)子時(shí)，可以發(fā)射強(qiáng)烈的綠色熒光。此外，該肽在與人類免疫缺陷病毒的GPGR 基序結(jié)合后，能夠有效穿透細(xì)胞膜屏障。由于其優(yōu)異的光穩(wěn)定性、pH 敏感性、生物相容性，可用于穩(wěn)定的細(xì)胞成像，有望成為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的熒光納米材料。

       4、自組裝多肽在疫苗工程中的應(yīng)用

       以自組裝納米材料作為載體，其提供的微環(huán)境有助于與抗原呈遞細(xì)胞（antigen presenting cells，APCs）相互作用，有助于預(yù)防疾病和開(kāi)發(fā)免疫治療疫苗。多肽疫苗設(shè)計(jì)主要集中在利用抗原蛋白的特定修飾差異以提高選擇性免疫應(yīng)答，提高免疫原性。Q11（Ac-QQKFQFQFEQQ-NH2）是一種在疫苗工程中常用的自組裝多肽，Q11 在鹽溶液中通過(guò)非共價(jià)鍵作用可以自組裝成β折疊的納米纖維結(jié)構(gòu)。有學(xué)者研究了自組裝納米載體改善多肽抗原疫苗的免疫原性，將可識(shí)別細(xì)胞毒 性T淋巴細(xì)胞的HPV16 E744-62抗原肽通過(guò)共價(jià)鍵連接在Q11 氨基端，在鹽溶液中通過(guò)自組裝折疊形成高效呈遞抗原表位的納米纖維疫苗 E744-62-Q11，從而提高抗原肽疫苗的免疫原性。在小鼠皮下異位移植腫瘤細(xì)胞TC-1 模型， 分別接種E744-62-Q11 疫苗和Q11，結(jié)果顯示，E744-62-Q11 組小鼠腫瘤重量顯著低于Q11 組，且小鼠脾 臟淋巴細(xì)胞中E7特異性分泌干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）的T細(xì)胞水平更高，在腫瘤小鼠體內(nèi)可以顯著誘導(dǎo)抗腫瘤細(xì)胞免疫應(yīng)答。此外，E744-62-Q11 在小鼠體內(nèi)具備良好的安全性，有望轉(zhuǎn)化為治療HPV 腫瘤的新型納米疫苗。

       參考資料

       [1]劉旭,尹彩云,陳海燕等.自組裝多肽在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J].藥學(xué)與臨床研究,2022,30(06):523-528.

       [2]王越,丁秀仿,張泗達(dá)等.自組裝在多肽藥物中的應(yīng)用[J].生物工程學(xué)報(bào),2023,39(01):177-191.

       [3]于偉康,張珊珊,楊占一等.超分子多肽自組裝在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用[J].生物工程學(xué)報(bào),2021,37(07):2240-2255.

       作者簡(jiǎn)介：小泥沙，食品科技工作者，現(xiàn)就職于國(guó)內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事?tīng)I(yíng)養(yǎng)食品及功能性食品的開(kāi)發(fā)與研究。