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南開大學余志林課題組 JACS：開發了首例活細胞內耗散組裝體系

2023-12-20 來源：高分子科技

耗散過程是維持生命體機能的重要手段，廣泛存在于活細胞中。而耗散自組裝是一種由能量持續輸入而維持的組裝過程，細胞中肌動蛋白或微管蛋白組裝結構就是一種典型的耗散組裝過程。因此，發展人工耗散組裝體系對于構建活性生物醫用材料具有重要意義。然而，受限于生理條件情況復雜，在胞內構筑耗散體系極具挑戰，主要原因是難以在細胞內建立可靠的化學循環反應。

針對這一難題，南開大學化學學院余志林課題組在《J. Am. Chem. Soc.》期刊上以‘Organelle-Mediated Dissipative Self-Assembly of Peptides in Living Cells’為題（DOI: 10.1021/jacs.3c09202），提出了一種活細胞中線粒體介導的谷胱甘肽驅動多肽耗散自組裝體系，通過外源性的多肽分子與內源性亞細胞單元形成非熱力學平衡納米結構，實現了胞內的多肽耗散組裝，為開發基于耗散組裝的活性生物材料奠定了基礎，為疾病治療藥物的發展提供了新材料。

圖1.活細胞中由細胞器介導的GSH驅動多肽耗散自組裝及其在重新平衡氧化還原和抗炎治療中的作用示意圖

在前期構建多肽可控組裝策略及生物醫用功能材料的工作基礎之上，余志林團隊設計合成了一種含有線粒體靶向基團3-(3-甲基吡啶基)-丙氨酸和兩個谷胱甘肽（GSH）響應的硒亞砜基團的六肽PM^SeO。多肽PM^SeO被GSH還原形成含有硒醚的啞鈴型兩親性多肽基元PM^Se，組裝形成納米帶結構，由于帶正電的吡啶基團的多價鍵效應而靶向線粒體形成亞穩態的多肽-線粒體復合物。PM^Se組裝體同時被線粒體的活性氧（ROS）氧化解組裝，與線粒體解離回到胞質再次被GSH還原組裝。耗散組裝循環不斷消耗細胞內的ROS和GSH，從而緩解巨噬細胞的氧化應激，達到抗炎的目的。

圖2. 脂多糖活化巨噬細胞中線粒體介導的多肽耗散自組裝表征

通過激光共聚焦顯微鏡和生物電鏡表征，作者觀察到了多肽與線粒體之間振蕩結合與解離。進一步通過ROS探針及ELISA進行了活細胞水平的機制研究，證明了耗散組裝循環體系可以同時降低LPS刺激巨噬細胞ROS水平及促炎因子表達。細胞器介導的多肽耗散自組裝的研究結果證明了該體系的建立為開發基于耗散組裝的活性生物材料奠定了基礎。

圖3. 多肽耗散自組裝降低活化巨噬細胞中ROS水平及和促炎細胞因子表達

這一成果近期發表在J. Am. Chem. Soc.上。文章的第一作者是南開大學高分子化學與物理專業博士研究生王昊，南開大學博士研究生宋艷秋為共同第一作者，通訊作者為南開大學化學學院余志林研究員。該研究成果得到了科技部重點研發項目和國家自然科學基金委項目等經費資助。

余志林課題組長期從事多肽組裝基生物醫藥材料研究，合成了一系列刺激響應非天然氨基酸，構筑了具有形貌適應性的藥物遞送載體，發展了多肽組裝基醫藥材料，用于腫瘤高效診斷與治療。課題組現誠聘助理研究員（博士后1-2名）、招收2024級博士研究生與碩士研究生，歡迎有志于從事多肽研究青年才俊加盟研究團隊（郵箱yzh026@nankai.edu.cn）。

論文信息：

Organelle-Mediated Dissipative Self-Assembly of Peptides in Living Cells.

Hao Wang, Yanqiu Song, Weishu Wang, Ninglin Chen, Binbin Hu, Xin Liu, Zeyu Zhang, and Zhilin Yu*.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c09202

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（責任編輯：xu）

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