给大家分享一篇近期发表在Biomacromolecules上的研究进展，题为：Supramolecular Protein Stabilization with Zwitterionic Polypeptide–Cucurbit[7]uril Conjugates。在该工作中，作者合成了两性离子聚多肽-葫芦脲偶联物，用于抑制目标蛋白的聚集行为。该工作的通讯作者是来自犹他大学的Jessica R. Kramer。 近年来，蛋白质药物疗法发展迅速，但几乎所有的蛋白质药物在开发过程中都会遇到聚集和稳定性的问题。疏水相互作用、范德华力、静电力和共价键的形成都会导致蛋白质的聚集，聚集后的蛋白可能会失去原有的生物活性，降低药效。例如，胰岛素就是一个是典型的易聚集蛋白，通过物理结合和共价键的形成，单分子胰岛素可形成可溶的六倍体和二倍体，以及不溶的复杂聚集体，不溶的组分便失去了生物活性。 将蛋白与亲水聚合物偶联是抑制蛋白聚集的有效方法。聚乙二醇化（PEGylation）是常用的蛋白质改性方法，通过将聚乙二醇链和目标蛋白共价相连，蛋白稳定性和循环半衰期可得到显著改善。前述的胰岛素的聚集问题，聚乙二醇化便可有效解决。然而，近年来越来越多的研究表明，聚乙二醇在应用中存在免疫原性，生物体会产生anti-PEG抗体，加速聚乙二醇化药物的清除。并且，PEG不可降解，长期应用容易导致聚合物在人体内的累积。 为了解决聚乙二醇化存在的问题，研究人员提出了超分子聚乙二醇化，即PEG以非共价方式与蛋白偶联的方法，并应用于胰岛素等成药蛋白质。其中，葫芦脲是常用的超分子模块，因为葫芦脲与蛋白质表面（末端）的疏水芳香基团有较好的结合。 此前，作者团队开发了基于聚甲硫氨酸的两性离子聚合物，具有良好的水溶性、整体电中性和生物可降解性。受超分子聚乙二醇化的启发，作者将上述聚甲硫氨酸两性离子和葫芦脲偶联，应用于蛋白质的稳定化和防聚集。首先，作者通过N-羧基内酸酐（NCA）的开环聚合反应制备得到了聚甲硫氨酸PMet，PMet使用炔基活化酯封端，再氧化或亲核取代后便得到了一系列PMet衍生结构（图1）。随后，炔端基的PMet和带有叠氮基团的葫芦脲CB[7]-N3，在铜催化下发生叠氮-炔click反应，便得到了CB[7]-PMet偶联物（图2）——该偶联物可以与重组人胰岛素（rHu insulin）N端的苯丙氨酸通过主客体相互作用结合。图2. CB[7]-PMet偶联物的制备和与人胰岛素的结合 在得到CB[7]-PMet偶联物后，作者随后研究了偶联物对胰岛素聚集的抑制效果。溴乙酸修饰的聚两性离子-葫芦脲偶联物CB[7]-PMetCM80（PMet聚合度80）表现出了优秀的防聚集效果。作者发现，防聚集效果有明显的链长依赖性，PMet聚合度为12和25的实验组无法抑制胰岛素聚集，而聚合度高于80的组别则和CB[7]-PMetCM80一样有着良好的防聚集效果（图3）。 接下来，作者研究了CB[7]-PMetCM80抑制其他蛋白聚集的效果。作者选取的是小蛋白hCT，hCT的N端没有苯丙氨酸，为了使hCT和葫芦脲能有效作用，作者使用还原胺化的方法在N端安装了一个苄胺结构（图4）。还原胺化修饰后的hCT，可以被CB[7]-PMetCM80有效稳定达40 h，而单独的hCT蛋白（无论是否还原胺化修饰）则会很快聚集。 最后，为了进一步评价CB[7]-PMetCM80的应用潜力，作者详细探究了PMetCM80聚合物的细胞（生物）毒性和生物可降解性。毒性实验表明，PMetCM80未表现出明显的细胞毒性（0.1~ 5 g/L，24 h）和生物毒性（小鼠，250 mg kg−1，注射给药）。降解实验表明，trypsin, Pro K和MetAP2三种蛋白酶均不能有效降解PMetCM80，而木瓜蛋白酶papain则可以将聚合物在1周的时间尺度内完全降解。上述实验支持两性离子聚多肽PMetCM80是低毒性且可生物降解的聚合物。 综上，作者发展了基于甲硫氨酸的两性离子聚多肽-葫芦脲偶联物，用于通过主客体相互作用与目标蛋白质结合从而抑制蛋白聚集。DOI: 10.1021/acs.biomac.2c01319Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.2c01319
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