南开大学史林启教授/马如江副研究员：自组装纳米分子伴侣解聚胰岛素淀粉样纤维
淀粉样变性疾病的标志是淀粉样纤维发生沉积，而纤维的解聚成为控制和治疗这种疾病的有效方法之一。南开大学史林启教授和马如江副研究员等人提出一种自组装纳米分子伴侣体系，其表面的氨三乙酸配位基团和聚(N-异丙基丙烯酰胺)疏水微区能与胰岛素淀粉样纤维上的组氨酸咪唑残基和暴露的疏水位点结合，扰乱纤维的稳定性，使其结构松散，最终促进其解聚。硫黄素T荧光测试结果显示，与纳米分子伴侣孵育90小时后，88%的胰岛素淀粉样纤维被成功解聚。
蛋白质是重要的生物大分子，在生命活动中发挥着重要的作用。然而部分折叠的蛋白质中间体容易通过分子间相互作用（如疏水相互作用）发生错误折叠，逐渐形成聚集体。当聚集体发生纤维化并沉积时往往会导致淀粉样变性疾病，如阿尔茨海默症和帕金森等疾病。此外，一些蛋白类药物在生产、长期储存和给药过程中也会表现出淀粉样纤维形成的趋势。例如，在糖尿病患者的反复注射部位会观察到胰岛素淀粉样纤维的沉积，从而导致局部淀粉样病变，降低胰岛素药效。近年来，文献中报道了一些小分子、聚合物等体系用于淀粉样纤维解聚的研究，它们都是通过与淀粉样纤维之间的强相互作用使其解聚，但是解聚效果还有待进一步提升。因此，将疏水作用和某种特定作用相结合，开发一种新的淀粉样纤维解聚体系，切实提高解聚效果，具有重要意义。
最近，南开大学化学学院史林启教授和马如江副研究员等提出了一种双功能纳米分子伴侣体系（nanochaperones），用于解聚淀粉样胰岛素纤维。该纳米分子伴侣的表面壳层由塌缩的温度响应性疏水微区（PNIPAM）、带有配位基团的聚合物链段（PEG-NTA(Zn)）以及亲水链段（PEG）组成。如图1所示，位于纳米分子伴侣外表面的NTA(Zn)通过配位作用与胰岛素纤维上的组氨酸咪唑残基结合，同时疏水的PNIPAM微区与纤维上暴露的疏水位点相互作用，两者协同扰乱纤维的稳定性，使其结构松散，最终促进其解聚。
图1 纳米分子伴侣解聚胰岛素淀粉样纤维示意图
该团队研究了不同组成的纳米分子伴侣对胰岛素纤维的解聚效果。将纳米分子伴侣与胰岛素纤维在37℃共孵育90小时后，硫磺素T（ThT）、透射电镜实验结果均显示纳米分子伴侣显著解聚了胰岛素纤维（图2d, g），且ThT结果显示，与纳米分子伴侣孵育90小时后，88%的胰岛素纤维被成功解聚。通过改变纳米分子伴侣表面壳层链段比例和螯合Zn(II)含量，发现合适的PNIPAM和PEG-NTA(Zn)比例以及最大的Zn(II)螯合量都有利于淀粉样纤维的解聚（图2d-g）。
图2（a）胰岛素聚集过程的硫黄素T荧光测试;（b）胰岛素结构随着孵育时间变化（圆二色曲线）;（c）硫黄素T荧光测试示意图；（d-f）不同组成的纳米分子伴侣解聚胰岛素纤维的硫黄素T荧光测试；（g）不同组成的纳米分子伴侣解聚胰岛素纤维的透射电镜照片
研究人员同时采用石英晶体微天平和共聚焦显微镜研究了不同组成的纳米分子伴侣与胰岛素纤维之间的相互作用力及共定位现象。结果表明纳米分子伴侣对胰岛素纤维的作用力及吸附量与组成密切相关，其中三种嵌段聚合物质量比为1:1:1的纳米分子伴侣对胰岛素纤维的作用力和吸附量最大，与解聚结果保持一致（图3a-d）。激光共聚焦的结果同样表明了胰岛素纤维和纳米分子伴侣的结合（图3e）。
图3 （a-c）不同组成的纳米分子伴侣和胰岛素纤维之间的相互作用力测试;（d）不同组成的纳米分子伴侣对胰岛素纤维的吸附量;（e）纳米分子伴侣和胰岛素纤维的共定位测试
作者开发了一种包含配位基团NTA(Zn)和疏水微区PNIPAM的纳米分子伴侣体系，促进了淀粉样胰岛素纤维的解聚。ThT荧光测试结果显示：与纳米分子伴侣孵育90小时后，88%的胰岛素纤维被成功解聚。该研究还揭示了纳米分子伴侣和胰岛素纤维之间的相互作用力与解聚效果的关系，对纳米分子伴侣在治疗淀粉样变性疾病中的应用具有指导意义。论文第一作者为南开大学硕士生王慧，通讯作者为史林启教授和马如江副研究员。
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通讯作者简介
史林启 南开大学化学学院教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者。1993年毕业于中国科学院长春应用化学研究所，获博士学位；先后在加拿大蒙特利尔大学和美国纽约州立大学石溪分校等进行访问研究。主要从事多功能纳米药物载体和自组装生物活性材料的研究，以第一作者或通讯作者在Chem. Soc. Rev.、Nat. Nanotechnol.、Acc.Chem. Res.、J.Am. Chem. Soc.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Sci. China Chem.等国内外著名期刊发表学术论文180篇。2004年入选“教育部新世纪优秀人才”支持计划，2006年获国家杰出青年基金，2012年作为负责人入选教育部"长江学者创新团队"支持计划，2019年起享受国务院特殊津贴。
马如江 南开大学化学学院副研究员，硕士生导师。2007年6月毕业于南开大学，获博士学位。主要从事生物医用高分子材料的研究，已发表学术论文80余篇，主持承担项目国家自然科学基金面上项目2项、青年项目1项、天津市应用基础与前沿技术研究计划一般项目1项、教育部博士点新教师基金1项。申请发明专利3项，获授权2项。