【材料】Angew：多肽刷状高分子，蛋白胞内输送新利器

大分子的胞内高效转染是化学生物学、生物技术和医学领域面临的重大挑战。和转染基因相比，直接转染蛋白质可以精准控制蛋白含量和作用持续时间，同时易于修饰，还可以降低脱靶效应。目前胞内转染蛋白质的方法包括将蛋白质与细胞穿膜肽（cell penetrating peptide，CPP）物理结合、与带强正电的蛋白质形成融合蛋白或者脂质体输送；但CPP容易被蛋白酶降解，且难以从内含体逃逸，带强正电的物质具有细胞毒性，而脂质体则需要根据不同的蛋白质进行优化筛选。由于干细胞在基础研究和细胞治疗中具有重要作用，但是常规方法却难以将蛋白质转染至干细胞内，因此，目前急需无物理或化学修饰、同时不会引起细胞毒性的将蛋白质输送到干细胞内的通用方法。

近日，汉密尔顿学院的Angela P. Blum课题组和加州大学圣地亚哥分校的Gene W. Yeo课题组及Nathan C. Gianneschi课题组合作，发现一种刷状CPP高分子可以将蛋白质高效递送到干细胞内，为蛋白质向干细胞内的高效输送提供了一种新方法，相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.201904894）。此前该研究团队开发了一种通过开环易位聚合（ring opening metathesis polymerization，ROMP）将肽聚合成高密度刷状高分子的有效方法，该高分子可以耐受蛋白酶的降解，在蛋白酶存在的条件下也可以保持较好的细胞穿透能力。因此在这项新研究中，该研究小组探索了肽的组成、构象对这种刷状高分子向活细胞内转染蛋白质的能力的影响。

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

他们先以可以基因编辑的Cre蛋白为模式蛋白，以HEK293T细胞为模式细胞进行了研究（Figure 1a）。研究人员先研究了各种刷状高分子的细胞毒性，结果发现在实验浓度下这些高分子对细胞没有明显的毒性。接下来作者用一种可以在Cre重组酶作用下表达绿色荧光蛋白EGFP的HEK293T细胞研究了各种肽胞内输送Cre蛋白的能力：结果发现只有含TAT（一种常用的促蛋白吞噬的短肽）的刷状高分子可以高效地将Cre蛋白输送到细胞内，而单独的TAT肽或者表面修饰TAT肽的纳米颗粒没有明显的转染效果（Figure 1b）。

接下来作者探索了其他肽（包括侧链为TAT、CPP30、CPP44、Arg8、不带电的肽GSGSG或寡聚乙二醇、整合素结合蛋白iRGD等）组成的刷状高分子的转染效果（Figure 2）,结果发现蛋白转染的能力依次为TAT>CPP30>Arg8>单独的TAT>CPP44>胍基>OEG>GS>iRGD。作者还发现RhoB标记的高分子转染效率更高。此外，TAT刷状高分子能实现的最佳的聚合度为5。

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

最后，作者评估了TAT刷状高分子向多功能干细胞内输送蛋白质的能力。实验结果表明这种高分子确实可以将Cre蛋白质高效地输送到干细胞内，且在所用浓度范围内对干细胞的活性没有影响（Figure 3）。

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

总结：本研究表明TAT修饰的高密度刷状高分子可以将功能蛋白有效地输送到干细胞内部，无需蛋白与多肽的物理结合，且对细胞的毒性较低。过去的研究表明这种高分子可能通过细胞内吞或者膜扰乱的方式进入细胞。在接下来的研究中，研究人员继续利用这些材料尝试将其他功能蛋白输送到干细胞内，或者尝试向其他难转染的细胞内输送蛋白，以扩展这种新材料的应用范围。

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