多肽組裝是一種構(gòu)筑新型生物醫(yī)藥材料、解決多肽臨床應(yīng)用難題的理想手段之一。傳統(tǒng)的多肽組裝材料通常需在體外制備后再遞送至病灶，這種制備-工作環(huán)境改變的模式影響材料穩(wěn)定性和生物活性，同時難以確保藥物精準(zhǔn)富集，造成相應(yīng)的生物安全性隱患。近年來，研究人員提出原位組裝構(gòu)筑多肽組裝材料的策略，即利用病灶生理環(huán)境下的特定刺激源，調(diào)控多肽非共價作用、誘導(dǎo)其在目標(biāo)部位自發(fā)組裝，形成具有生物活性的納米結(jié)構(gòu)。這種方法不僅提高了醫(yī)療精準(zhǔn)性，還增強(qiáng)了藥物效果，為新型智能生物材料的開發(fā)提供了新的可能。盡管多肽原位組裝策略在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大潛力，但由于不同病生理條件下的組裝調(diào)控策略有限，相關(guān)研究仍面臨巨大挑戰(zhàn)。
圖1. 基于ncAAs調(diào)控的活細(xì)胞中多肽原位自組裝機(jī)制及應(yīng)用示意圖。圖片來源Acc. Chem. Res.。
作者首先總結(jié)了自主研發(fā)的多種非典型氨基酸（表1），這些氨基酸可用于調(diào)節(jié)多肽組裝的刺激響應(yīng)特性。隨后，作者介紹了由這些氨基酸構(gòu)成的組裝基元在促進(jìn)多肽有序組裝、解組裝及可逆組裝過程中的作用機(jī)制（圖2）。（1）促進(jìn)多肽有序組裝的關(guān)鍵在于硫酸化酪氨酸和糖基化絲氨酸的刺激響應(yīng)性切割，通過親水基團(tuán)和大體積基團(tuán)的解離提高分子間有序排列，加速組裝形成納米纖維。（2）解組裝過程則依賴于2-硝基咪唑丙氨酸的硝基向胺基的轉(zhuǎn)化，降低多肽序列疏水性，從而促進(jìn)有序組裝的解離。（3）可逆組裝則是通過4-氨基脯氨酸和Se-甲硫氨酸的特性實現(xiàn)的：前者在酸堿環(huán)境下通過脯氨酸酰胺鍵的順-反構(gòu)象異構(gòu)化調(diào)控組裝，后者依賴硒醚與硒氧化物之間的氧化還原反應(yīng)調(diào)節(jié)氨基酸疏水性與親水性轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)可逆組裝。
接下來作者進(jìn)一步總結(jié)了基于上述刺激響應(yīng)性ncAAs反應(yīng)所自主研發(fā)的活細(xì)胞內(nèi)組裝體系。在活細(xì)胞中構(gòu)建原位組裝系統(tǒng)，需要精確調(diào)控肽的非共價相互作用。由于多肽序列與其組裝行為密切相關(guān)，將刺激響應(yīng)性氨基酸引入多肽骨架，能夠作為優(yōu)化非共價相互作用的有效策略，從而實現(xiàn)對組裝過程的精準(zhǔn)調(diào)控；诖耍髡呃4-氨基脯氨酸和Se-甲硫氨酸的高反應(yīng)活性，建立了多種活細(xì)胞內(nèi)自組裝體系，包括：自分類組裝（圖3）、自放大組裝及耗散組裝體系，實現(xiàn)了多肽活性增強(qiáng)，拓展了ncAAs在活細(xì)胞環(huán)境中的原位自組裝應(yīng)用，還為癌癥及炎癥等重大疾病的精準(zhǔn)治療提供了全新的策略。
圖3. 細(xì)胞內(nèi)原位自分類組裝。圖片來源Acc. Chem. Res.。
圖4. 超分子PROTAC示意圖。圖片來源Acc. Chem. Res.。
自從回國工作以來，余志林課題組致力于發(fā)展非天然氨基酸，用于調(diào)節(jié)病生理環(huán)境下的多肽組裝，并探索其在生物醫(yī)藥材料中的應(yīng)用。這一研究不僅推動了氨基酸的創(chuàng)新設(shè)計，也加深了對復(fù)雜生理條件下原位組裝系統(tǒng)的基本原理和潛在機(jī)制的理解。然而，目前對原位形成的組裝體在體內(nèi)的結(jié)構(gòu)表征、生物降解動力學(xué)及降解途徑仍缺乏深入研究，而這些問題的解決將進(jìn)一步推動自組裝多肽在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。鑒于原位組裝在實時診斷和精準(zhǔn)治療方面的獨特優(yōu)勢，作者相信這類組裝體在未來醫(yī)療保健領(lǐng)域蘊含巨大潛力，并期待其進(jìn)一步發(fā)展。
論文信息：
Noncanonical Amino Acids Dictate Peptide Assembly in Living Cells
Xin Liu, Binbin Hu, Zhilin Yu*.
Accounts of Chemical Research. DOI: 10.1021/acs.accounts.4c00796.
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.4c00796
