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治療性α-螺旋肽已逐漸成為治療癌癥和疾病的有吸引力的候選藥物。然而，它們具有內在的弱點，包括構象穩定性差、半衰期短和體內清除快速。為了克服這些缺點，科學家提出了各種策略，包括通過共價鍵來固定α-螺旋肽結構的肽縫合方法。另一方面，分子伴侶在生命系統中發揮重要作用，以控制蛋白質折疊/展開并將其從部分折疊狀態引導至天然結構。通過疏水片段或內部空間，分子伴侶不僅可以捕獲未折疊的初始蛋白質或中間體，還可以防止蛋白質在重折疊過程中發生不可逆的聚集。在這方面，利用各種載體（如環糊精、聚合物、金屬納米顆粒、二氧化硅和自組裝納米結構）的納米材料已被開發為人工分子伴侶。其中，多孔納米粒子由于孔徑可調、表面積大和靈活的表面修飾，在將質粒DNA、siRNA和蛋白質等生物大分子遞送至靶細胞方面顯示出巨大的潛力。因此，多孔納米粒子被認為是生物醫學應用中最有前途的遞送載體之一，這些先前的研究啟發作者開發一種基于多孔納米粒子的肽的合成納米伴侶系統（SNCP），作為一種納米反應器用于輔助治療性α-螺旋肽的正確折疊和細胞內肽遞送（Fig. 1）。

Fig. 1: 基于多孔納米粒子的肽合成納米伴侶（SNCP）的示意圖（圖片來源：Nat. Commun.）

為了應用人工伴侶系統，作者選擇了一種合成的p53肽（p53pep）作為模型治療肽。它來源于轉錄因子p53蛋白的15個殘基α-螺旋反式激活結構域，該結構域可誘導細胞凋亡以響應細胞應激。這個α-螺旋結構域與MDM2癌蛋白的深疏水裂隙結合，作為細胞抑制劑調節p53蛋白水平。首先，作者根據先前報道的方法制備了介孔二氧化硅納米粒子，并在此基礎上進行改進構建了SNCP的納米反應器（Fig. 2a）。

Fig. 2: SNCP的設計和表征（圖片來源：Nat. Commun.）

為了使SNCP的內部環境更加疏水，作者在SNCP的內表面上引入脂肪鏈，并用尼羅紅試驗進行了驗證（Fig. 2b）。結果表明，在SNCPs內表面引入脂肪鏈官能團增加了其內部環境的疏水性，這可能影響封裝肽與SNCPs之間的相互作用，使具有脂肪鏈修飾的SNCP對p53pep表現出更高的負載能力。受成功的表面改性結果和SNCP特性的鼓舞，作者通過在水性條件下簡單攪拌p53pep和SNCP的混合物，制備了p53pep封裝的SNCP用于后續功能研究，并用TEM和DLS進行了一系列的證明（Fig. 2c, d）。

在SNCPs控制p53pep的α-螺旋構象和穩定性方面，作者應用圓二色（CD）光譜進行了表征，結果表明p53pep根據SNCPs的內表面環境形成不同的二級結構（Fig. 3a），且與SNCP0和SNCP3相比，SNCP8中的疏水環境更有利地促進封裝的p53pep形成α-螺旋結構。封裝在SNCPs內的α-螺旋肽p53pep的結構構象受到SNCP內表面疏水性的精細控制（Fig. 3c）。此外，α-螺旋肽與SNCPs內表面之間的疏水相互作用在提高α-螺旋肽的熱穩定性方面起著關鍵作用（Fig. 3d）。

Fig. 3: 肽二級結構分析（圖片來源：Nat. Commun.）

為了使p53pep在從SNCP釋放后也保持不可逆的α-螺旋結構，作者使用銅(I)催化的疊氮化物-炔烴環加成（CuAAC）反應的點擊肽裝訂方法合成了st-p53pep。CD光譜和FT-IR表征結果表明，三唑鍵形成降低的構象自由度增強了α-螺旋肽的二級結構（Fig. 3c, e, f, g）。SNCP8分子伴侶根據內孔表面的疏水性增加了肽的結構和熱穩定性。最后，作者選擇 SNCP8作為穩定p53pep的螺旋構象的最合適的分子納米反應器，并將其用于體外和體內的進一步研究。

在SNCP作為抗癌肽遞送載體的功效方面，數據表明目前的SNCP8@st-p53pep很容易被HepG2細胞吸收，并且隨著時間的推移，負載的st-p53pep在細胞內從SNCP8釋放，表明其作為肽的細胞內遞送載體的潛力（Fig. 4）。

Fig. 4: 細胞實驗和細胞凋亡研究（圖片來源：Nat. Commun.）

在SNCP8@st-p53pep的細胞毒性方面，SNCP8@st-p53pep組表現出了較強的細胞毒性并呈現濃度依賴性，并且SNCP處理組也沒有觀察到細胞活力的顯著降低。結果表明，st-p53pep和SNCP8的協同作用成功地誘導了細胞毒性，而不是單獨使用SNCP8@p53pep或肽（Fig. 4）。細胞毒機制的研究表明SNCP8@st-p53pep通過p53依賴性途徑誘導癌細胞的凋亡（Fig. 4d）。

最后，作者使用人肝癌（HepG2）異種移植小鼠模型評估了SNCP8@st-p53pep的體內治療功效。SNCP8@st-p53pep治療組的腫瘤生長被顯著抑制，而單獨的SNCP8或st-p53pep組與未治療的對照組相比，腫瘤體積的生長沒有顯著差異（Fig. 5a）。這些結果表明SNCP8@st-p53pep對腫瘤生長具有抑制作用，并且SNCP8可以作為小鼠模型中治療性抗腫瘤肽的有效遞送載體。st-p53pep在體內進一步的可持續性分析研究表明，SNCP8不僅作為納米反應器使p53pep的構象更穩定，而且還作為肽載體將st-p53pep遞送至腫瘤組織和癌細胞，可持續釋放st-p53pep并有效誘導p53介導的體內細胞凋亡（Fig. 5）。

Fig. 5: SNCP8@st-p53pep在腫瘤小鼠模型和SNCP8@st-p53pep 治療小鼠全身成像中的治療效果研究（圖片來源：Nat. Commun.）

總結：

綜上所述，Dal-Hee Min等開發了一種基于多孔納米顆粒SNCP的合成肽納米伴侶，并證明了其在穩定和功能性遞送治療性α-螺旋肽以控制癌癥生長方面的多種功能。SNCP的多功能性使其在目的肽的構象穩定性及其細胞內遞送中表現出高度吸引力，該系統為未來各種肽療法提供了比較有前景的應用平臺。