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Nat. Commun.中國科大陽麗華團隊在蛋白冠研究領域取得進展

來源：中國科學技術大學化學與材料科學學院       2022-07-19
導讀：2022年7月16日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心、化學與材料科學學院的陽麗華課題組在國際學術期刊Nature Communications上發表了題為“Nanoparticle Elasticity Affects Systemic Circulation Lifetime by Modulating Adsorption of Apolipoprotein A-I in Corona Formation”的研究論文。該研究揭示了納米顆粒的彈性如何影響其體內血液循環壽命、以及如何通過調控其蛋白冠從而實現這種影響，表明納米顆粒彈性未來可望作為一個易于調節的參數用于合理利用蛋白冠。
納米顆粒在疫苗、疾病診療等醫學領域具有廣闊應用前景。近期，研究發現納米顆粒的彈性顯著影響其細胞內吞效率與模式、血液循環壽命、和體內分布等生理命運。但是，顆粒彈性影響納米顆粒生理命運的機制仍然未知。另一方面，納米顆粒進入生命系統后，體液（如，血液）中的蛋白質會快速吸附到顆粒表面上并形成蛋白冠。決定納米顆粒的體內生理身份的，正是其蛋白冠、而非其自身的尺寸、形狀和表面化學等物化參數。為了合理利用蛋白冠、最終調控與改善納米顆粒生理命運，需要理解納米顆粒的彈性對其蛋白冠的影響。然而，此前還沒有報告系統地研究過納米顆粒彈性對蛋白冠的影響。

針對上述問題，陽麗華課題組制備了一系列大小、形狀、表面化學相似但彈性在45 kPa–760 MPa可調的核殼納米球（圖1）作為模式納米顆粒，從而成功將納米顆粒彈性對其生理命運的影響與納米顆粒大小、形狀、表面化學等其他物化參數對其生理命運的影響分割開來獨立研究，發現：（1）在實驗小鼠模型中，納米顆粒的彈性對其血液循環壽命的影響并非文獻中普遍認為的“越軟的顆粒血液循環壽命越長”那種單調性關系，而是具有非單調性、根據納米顆粒彈性不同可分為三個不同區域、且彈性位于中間第二區域（15-75 kPa）的納米顆粒具有最短血液循環壽命；（2）納米顆粒的彈性與其細胞內吞效率之間缺乏明確關聯。
同時，納米顆粒與小鼠血漿混合后形成的蛋白冠，其組成也隨納米顆粒的彈性改變而發生非單調性變化。其中，載脂蛋白Apolipoprotein A-I（ApoA1）是唯一一種能在至少一個納米顆粒表面蛋白冠中達到相對豐度>20%的蛋白質、同時也是蛋白冠中相對豐度與納米顆粒血液清除壽命具有強烈相關性的唯一一種蛋白質，顯示納米顆粒的彈性通過調控蛋白冠中ApoA1的吸附從而影響納米顆粒的血液循環壽命。值得一提的是，當上述納米顆粒的表面由聚乙二醇化（PEGylated）脂質雙分子層外殼變為不含聚乙二醇（PEG-free）的天然磷脂雙分子層后，所得納米顆粒表現出了類似的“彈性-蛋白冠組成”變化趨勢。

圖1.  a大小、形狀和表面化學等相同但彈性不同的模式納米顆粒。b獲取納米顆粒血液滯留曲線的血液循環測試示意圖。c納米顆粒的血液清除半衰期與納米顆粒彈性的關系曲線。d不同彈性納米顆粒的蛋白冠中蛋白質相對豐度熱圖。e至少在一個納米顆粒的蛋白冠中相對豐度大于5%的蛋白在不同顆粒蛋白冠中的相對豐度分布。h蛋白在不同顆粒蛋白冠中相對含量與顆粒血液清除半衰期的相關性系數Pearson’s r。
該研究項目得到了國家自然科學基金委、教育部和安徽省自然科學基金的資助。該論文的第一作者為中國科學技術大學化學與材料科學學院博士生李明洋，通訊作者為中國科學技術大學陽麗華副教授。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-31882-4
參考資料：https://scms.ustc.edu.cn/2022/0718/c2405a562797/page.htm


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