为大家介绍的是最近在Biomacromolecules上报道的一篇标题为 “Molecular Insights into Site-Specific Interferon-α2a Bioconjugates Originated from PEG, LPG, and PEtOx” 的文章。该文的通讯作者是来自德国乌尔茨堡大学的Tessa Lühmann教授。

蛋白质和聚合物的偶联可有效改善其稳定性、药代动力学等药学性质。聚乙二醇（PEG）是最常用的生物偶联聚合物，但这种PEG修饰会降低蛋白质的生物活性，并且可能会引发免疫原性等生物毒性。线性聚甘油（PLG）和聚(2-乙基-2-恶唑啉)（PEtOx）由于良好的生物相容性和抗生物污染性质，成为了PEG的潜力替代物。

干扰素-α2a （IFN-α2a）具有抗病毒和抗增殖特性，可用于肝炎或癌症治疗，但具有稳定性差的缺点。在本文中，Tessa Lühmann等人将PLG和PEtOx应用于制备IFN-α2a的生物偶联物，并表征了其生物活性和稳定性。

首先，他们通过密码子扩展重组技术表达了带有叠氮官能团的IFN-α2a突变蛋白。为了实现和蛋白的生物偶联，他们对聚合物PEG、LPG和PEtOx分别进行了环辛炔接头（BCN或DBCO）的官能化，并在4 ℃的PBS中通过无铜的炔-叠氮环加成反应48 h以制备不同聚合物或不同接头的6种偶联物（图1）。

图1. IFN-α2a通过不同接头和不同聚合物的偶联

尽管他们使用了分子量相近的聚合物进行生物偶联，但是凝胶电泳结果显示LPG的表观分子量显著高于PEG和PEtOx（图2），这可能是因为LPG的亲水性更强。

图2. 蛋白和偶联物的变性凝胶电泳图：IFN-α2a WT (1)、IFN-N₃ (2)、IFN-N₃-BCN-PEtOx 8.4 kDa (3)、IFN-N₃-BCN-PEG 10.7 kDa (4)、IFN-N₃-BCN-LPG 11.4 kDa (5)、IFN-N₃-DBCO-PEtOx 8.1 kDa (6)、IFN-N₃-DBCO-PEG 10.9 kDa (7) 和IFN-N₃-DBCO-LPG 11.4 kDa (8)

而后，他们又表征了聚合物对蛋白结构、稳定性和活性的影响（图3）。其中BCN接头的LPG偶联物在偶联物中显示出最高的热稳定性，PEG偶联物其次，PEtOx偶联物再次之。圆二色光谱表明各偶联物中蛋白质的二级结构均无变化；体外生物活性结果表明各偶联物均以相同的程度降低了蛋白质的活性。

图3. 蛋白和各偶联物的热稳定性和体外活性

为了在分子水平上说明聚合物和两种环辛炔接头对热稳定性的影响，作者进行了经典分子动力学模拟和高斯加速的动力学模拟。分子建模研究显示了偶联物的热稳定性和天然接触量的正相关性。他们认为是天然接触量的减少代表着对蛋白质结构的扰动越大，从而表现出热稳定性的降低。

图4. 蛋白和各偶联物的热稳定性和天然接触量的相关性

总的来说，作者将LPG和PEtOx应用于IFN-α2a的生物偶联。偶联物的生物活性和二级结构与PEG偶联物无异，但是LPG偶联物的热稳定性有所提高。通过分子模拟的分析，他们认为是LPG对蛋白质刚性结构扰动较小的原因。但是这也与聚合物和蛋白质间的接头有关，因此还需要进一步的研究才能证明LPG聚合物本身在蛋白质偶联的应用价值。

DOI: 10.1021/acs.biomac.1c00775

Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.1c00775