华东师范大学程义云教授在含氟高分子载体最新研究进展
蛋白质治疗是当今生物医学领域的研究热点。相比于传统的小分子药物，蛋白质药物具有靶向性强、安全性好、疗效显著、FDA审批快等优势。然而基因组编码的蛋白质中超过70%难以通过细胞膜，这为蛋白质类药物的开发以及新蛋白质的功能研究造成了巨大的障碍。如何将蛋白质分子高效、安全地递送到目标细胞对于蛋白质治疗以及基础生物学研究至关重要。
近日，华东师范大学程义云教授课题组将含氟高分子成功应用于蛋白质胞内递送，在多种细胞中实现了高效的蛋白质递送。这种蛋白质递送方法的优点在于不需要对蛋白质进行任何的化学修饰，递送过程中不会造成蛋白质分子的变性，且递送后能够很好地维持这些蛋白质分子的生物活性。该成果近日发表于著名学术期刊Nature Communications（The fluorination effect of fluoroamphiphiles in cytosolic protein delivery, Nat. Commun., 2018, 9, 1377）。
程义云教授课题组在2014年报导了含氟高分子在基因递送过程中的氟效应（Nat. Commun., 2014, 5, 3053）。在阳离子高分子材料上修饰含氟功能基团不仅能极大地提高其基因转染效率，还能够显著降低高分子材料的剂量，提高其抗血清性能，同时解决了阳离子高分子基因载体的几个瓶颈问题。含氟烷基链既疏水又疏油，可同时提高阳离子高分子的血清稳定性、细胞摄入、内含体逃逸，以及胞内核酸释放能力，从而大幅提高了其基因递送性能。此外，含氟高分子在水溶液中易自组装成纳米胶束或纳米聚集体，同时兼具阳离子高分子和脂质体类载体的优点。考虑到蛋白质胞内递送与基因递送的相似之处，研究人员推测可以利用含氟高分子优异的自组装性能以及其在胞外、胞内的独特理化性质，将蛋白质分子与含氟高分子共组装形成高分子复合物，进而打破蛋白质胞内递送过程中存在的多重屏障，实现高效的蛋白质递送。
图1. 含氟高分子在蛋白质胞内递送过程中展现了优异的氟效应
在该研究中，程义云教授课题组采用材料库的策略，重头筛选适用于蛋白质递送的含氟高分子材料，将不同的含氟小分子化合物接枝到聚乙烯亚胺上，得到了一个含氟高分子材料库，并对库中高分子材料的蛋白质递送性能进行筛选，成功获得了两种高性能含氟高分子材料。更为可喜的是这些含氟高分子在递送蛋白质过程中展现了独特的氟效应。如果将含氟烷基链替换为传统的碳氢基烷基链，则所获得的两亲性高分子由于相似相容原理，容易滞留在细胞膜的表面，不能有效将蛋白质递送到胞内（图1）；而含氟烷基链既疏水又疏油、表面能低，更容易吸附到细胞膜的表面，并顺利通过细胞膜以及内涵体膜等生物屏障。研究发现，含氟高分子更有利于与蛋白质组装成均一的纳米颗粒，对蛋白质的二级结构影响较小，有利于通过细胞膜，且具有较好的生物相容性，因而具有优异的蛋白质递送性能。该研究为新型蛋白质载体的设计提供了一种全新的思路。通过该方法制备的材料在蛋白质转染等生物技术领域具有重要的应用前景。
该论文的第一作者为华东师范大学生命科学学院硕士研究生张振京，通讯作者为程义云教授。华东师范大学为该论文的唯一单位。该研究得到了国家自然科学基金杰出青年基金、面上项目，上海市优秀学术带头人等项目的经费支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-018-03779-8
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