自組裝多肽是指在一定條件下，能通過(guò)π-π 堆積、靜電相互作用等分子間作用力，形成組裝體的多肽類材料。自組裝多肽具有良好的生物相容性和可控性，能夠形成顆粒、纖維和凝膠等納米結(jié)構(gòu)，發(fā)揮特定的形貌學(xué)功能，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。由于多肽的組裝特性及其自身的生物功能，以及為了滿足藥物遞送、疾病診療等需求，需要在多肽上進(jìn)行修飾，修飾后的組裝肽在組裝能力和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面更具有優(yōu)勢(shì)。

       自組裝多肽的類型

       RADA16-I是經(jīng)典的離子互補(bǔ)性多肽，其在水溶液中能自發(fā)地形成纖維水凝膠，已應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和臨床領(lǐng)域。離子互補(bǔ)性多肽由帶負(fù)電的氨基酸殘基和帶正電的氨基酸殘基交替排列，通過(guò)靜電相互作用、氫鍵、范德華力來(lái)啟動(dòng)分子自組裝。其親水區(qū)和疏水區(qū)交替排列，分成兩個(gè)有序的區(qū)域，疏水氨基酸殘基折疊屏蔽水分子，親水區(qū)具有規(guī)則有序的正負(fù)電荷相互吸引。分子間氫鍵的形成加速了肽的自組裝，離子鍵的相互嵌合使自組裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加，不過(guò)，此類肽最大的缺點(diǎn)是在低 pH 時(shí)，穩(wěn)定性較差。為了彌補(bǔ)離子互補(bǔ)性多肽的缺點(diǎn)，人們開(kāi)始致力于改變疏水作用力進(jìn)一步研究親水氨基酸和疏水氨基酸的比例關(guān)系，表面活性劑類多肽 (Surfactant-like peptides，SLP) 就此產(chǎn)生。SLP 通過(guò)模擬多肽聚合與表面活性劑分子的性質(zhì)，分為疏水區(qū)和親水區(qū)，親水頭部一般由1–2 個(gè)帶電的氨基酸殘基 (His、Asp、Glu) 組成，疏水尾部一般由 3–9個(gè)非極性氨基酸(Ala、Phe、Ile、Val) 組成。SLP可組裝成納米管、納米囊、納米纖維結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，科學(xué)家們已經(jīng)不滿足于通過(guò)對(duì)天然氨基酸的改變來(lái)設(shè)計(jì)自組裝多肽，而是使用高度疏水的烷基鏈、脂質(zhì)基團(tuán)以及糖類等修飾多肽?；瘜W(xué)基團(tuán)修飾多肽表現(xiàn)出二級(jí)結(jié)構(gòu)增多從而使納米體更加穩(wěn)定?；瘜W(xué)基團(tuán)可以通過(guò)在肽鏈本身設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能區(qū)域發(fā)揮特定的作用。目前，關(guān)于疏水烷基鏈兩親性多肽自組裝的工作被廣泛報(bào)道。疏水作用力作為驅(qū)動(dòng)分子自組裝的核心力，通過(guò)在氨基端設(shè)計(jì)連接烷基碳鏈，可以使此類肽的功能和性質(zhì)發(fā)生改變。

       影響多肽自組裝的因素

       多肽自組裝是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，氫鍵、疏水力、靜電引力等對(duì)小分子組裝成有序的納米結(jié)構(gòu)起著至關(guān)重要的作用。同樣地，環(huán)境因素的改變也會(huì)引起自組裝體形態(tài)和性質(zhì)上的變化。

       ①pH值。二肽和多肽的自組裝的重要核心驅(qū)動(dòng)力是分子之間形成氫鍵。但氫鍵的形成易受pH 的影響，改變?nèi)芤旱膒H會(huì)使肽鏈的C端和N端或一些化學(xué)基團(tuán)出現(xiàn)正電化或負(fù)電化。這就意味著肽鏈形成帶正負(fù)電荷的多肽，從而表現(xiàn)出不同的自組裝趨勢(shì)、納米結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)。pH值對(duì)于富含帶電的氨基酸肽序列(如Glu、Asp、Lys、His和Arg)至關(guān)重要，并對(duì)氫鍵的形成與多肽首尾基團(tuán)的呈電化具有顯著影響，因此通過(guò)控制pH可以合理地設(shè)計(jì)基于不同酸堿度的其有釋放藥物、緩釋等應(yīng)用的自組裝多肽。

       ②肽濃度。濃度是寡肽的自組裝聚合的重要參數(shù)，濃度研究可以確定寡肽開(kāi)始聚集的臨界聚集濃度(Critical aggrcgation concentration，CAC)。寡肽在CAC下以單體分子形式存在，高于CAC時(shí)開(kāi)始聚集。肽濃度高手臨界膠束濃度(Critical micelle concentratioa，CMC)時(shí)，肽分子之間才發(fā)生締結(jié)作用。濃度的改變會(huì)導(dǎo)致氫鍵等非共價(jià)鍵力的含量發(fā)生改變，這也會(huì)引起肽分子之間電子云重排，進(jìn)而引起納米形貌的改變，此外，致密的纖維網(wǎng)絡(luò)表面可能與水等溶劑發(fā)生協(xié)同作用從而使納米結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

       ③離子濃度。離子濃度是影響肽分子堆積和蛋白質(zhì)性質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的重要因素，鹽離子的存在會(huì)使帶電荷的基團(tuán)產(chǎn)生屏蔽作用，從而使分子之間的靜電作用減弱。電荷屏蔽作用還會(huì)引起分子間疏水鍵作用力的增強(qiáng)，使肽分子更容易聚合引起自組裝。離子還會(huì)與個(gè)別氨基酸序列特異性識(shí)別并作用，在極性氨基酸中構(gòu)成鹽橋，從而通過(guò)分子間的物理交聯(lián)促進(jìn)自組裝結(jié)構(gòu)生成。由于多種離子在體內(nèi)具有調(diào)控細(xì)胞新陳代謝、維持血管內(nèi)外離子平衡以及促進(jìn)骨質(zhì)發(fā)育等作用，基于離子濃度響應(yīng)的自組裝多肽在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛能。

       ④溫度。溫度的升高會(huì)破壞體系的氫鍵，使自組裝體系的穩(wěn)定性減弱，從而發(fā)生構(gòu)象上的改變。從頭設(shè)計(jì)的肽分子 (KIGAKI)3-NH2 與一個(gè)中心四肽Thr-DPro-Pro-Gly 相連接，由于Pro 的存在，該肽偶聯(lián)物分子在 20–50 ℃水溶液中表現(xiàn)為無(wú)規(guī)卷曲的形式，而將體系溫度升高到60 ℃時(shí)，該偶聯(lián)物初步顯示為 β-折疊，繼續(xù)升高溫度至70 ℃，β-折疊結(jié)構(gòu)顯著增加并形成納米纖維進(jìn)而形成剛性水凝膠，溫度的升高提高了疏水基團(tuán)的溶解度，影響了親疏水基團(tuán)的平衡，這種行為可根據(jù)溫度的變化發(fā)生可逆性轉(zhuǎn)變。升高溫度后，多肽自身的氫鍵發(fā)生斷裂，二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，疏水作用力和π-π 堆積成為主要推動(dòng)分子自組裝的作用力，從而導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。當(dāng)溫度降低時(shí)，氫鍵重新生成，二級(jí)結(jié)構(gòu)恢復(fù)，自組裝多肽的納米形態(tài)隨之恢復(fù)。

       ⑤手性。自然界中的天然氨基酸都是 L 型的，而其對(duì)應(yīng)異構(gòu)體被設(shè)計(jì)出來(lái)顯現(xiàn)出更好的優(yōu)點(diǎn)和特性。手性氨基酸在控制多肽或蛋白質(zhì)的折疊與超分子組裝中起著關(guān)鍵作用。研究表明肽的手性不同會(huì)導(dǎo)致分子在溶液中的自組裝趨向和分子結(jié)構(gòu)的差異。用D-異構(gòu)體取代 L 型氨基酸會(huì)導(dǎo)致形成組裝體的重要參數(shù)(兩親性)的變化。

       自組裝多肽的修飾

       自組裝多肽的功能化修飾位點(diǎn)主要包括主鏈氨基和羧基，以及側(cè)鏈的氨基、羧基、羥基和巰基等。修飾方式主要分為兩種：一是直接修飾，即功能分子與多肽直接共價(jià)偶聯(lián)，或是將活性基團(tuán)活化以后將分子直接與多肽共價(jià)偶聯(lián)。二是間接修飾，即利用連接單元將功能分子與多肽連接，一些分子有較大的空間位阻，或者由于自身沒(méi)有可以高效與多肽進(jìn)行連接的活性基團(tuán)，需要引入其它分子作為連接單元。

       1、直接修飾。

       直接修飾方法中的功能分子主要包括以下幾類。

       (1)藥物分子修飾。將藥物分子直接修飾在多肽上，實(shí)現(xiàn)藥物的精準(zhǔn)遞送和疾病的治療。利用小分子藥物對(duì)病灶區(qū)域的識(shí)別、治療和其自身的親疏水等特性，將其與自組裝多肽材料共價(jià)偶連，能夠延長(zhǎng)藥物滯留，增強(qiáng)藥效，降低毒副作用。為了更方便地將藥物分子連在多肽上，需要將藥物分子的某些官能團(tuán)進(jìn)行活化。如苯丁酸**(CRB)又稱瘤可寧，是一種常用的抗癌藥物。CRB具有的正苯丁酸基，能夠通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)固相合成法(SPPS)共價(jià)連接到多肽的N端，即使用苯并三氮唑-N，N，N'，N'-四甲基脲六氟磷酸鹽(HBTU)作為偶聯(lián)劑，將CRB的羧基活化后，與多肽游離的氨基端反應(yīng)生成酰胺鍵。有學(xué)者設(shè)計(jì)了一種新的自組裝短肽CRB-YpYY，將 CRB 作為遞送藥物和封端基團(tuán)，通過(guò)酰胺縮合共價(jià)結(jié)合到磷酸化短肽 YpYY的氨基端，替代常用的萘和芴類封端基團(tuán)。CRB-YpYY 被腫瘤區(qū)域過(guò)表達(dá)的堿性磷酸酶剪切，變?yōu)镃RB-YYY，原位自組裝形成凝膠。相比游離的CRB 分子，這種凝膠展現(xiàn)出更好的腫瘤抑制效果。

       (2)探針?lè)肿有揎棥?/strong>利用自組裝多肽的AIR 效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)探針在病灶部位的高效富集，增強(qiáng)成像的信噪比。小分子探針存在容易代謝，信噪比較差等問(wèn)題。探針?lè)肿有揎椀淖越M裝多肽材料，能夠利用活體自組裝(in vivo assembly)策略，通過(guò)病灶部位的微環(huán)境促使多肽探針?lè)肿有纬杉{米組裝體。多肽組裝的AIR 效應(yīng)可以減緩病灶區(qū)域探針?lè)肿拥拇x，延長(zhǎng)滯留時(shí)間，從而增強(qiáng)探針信號(hào)和信噪比。