尽管蛋白质类药物已经给生物医药行业带来革命性变化，但是当前的蛋白质类药物大都是基于胞外靶点而开发的，这主要是由于蛋白质自身很难跨越细胞膜而进入细胞。因此，开发高效、安全的蛋白质胞内递送载体对于生物医药行业和生命科学的蛋白质研究技术领域都是极具意义的。当前的利用纳米药物载体，抑或是通过共价化学修饰或基因工程改造实现蛋白质胞内递送的策略往往涉及复杂的材料制备，装载效率，合成与纯化，蛋白质改性等问题。而基于非共价键的超分子组装策略具有明显的简易可控的方法学优势和应用潜力。例如，基于胍基的非共价键蛋白质载体被广泛研究和利用；可目前大多基于胍基的蛋白递送体系是基于无机纳米离子、聚合物、或者结构复杂又易变质的细胞穿膜肽而构建的，利用小分子载体实现不同分子量、等电点、尺寸蛋白质的胞内高效递送是目前没有实现的。
鉴于此，澳门大学王瑞兵教授团队巧妙的利用胍基的大环寡聚物，即胍基全功能化的柱[5]芳烃（GP5），作为非共价作用的蛋白质载体，首次实现了基于小分子组装的蛋白质胞内递送。由于柱[5]芳烃骨架的柱型结构特性，胍基被紧密而又均匀地分布在柱[5]芳烃柱型骨架的两端。因此，GP5能够作为“超分子胶水”，通过多重“盐桥”作用力将多个蛋白质粘连而形成蛋白质纳米组装体（GP5@protein）；同时，分布在蛋白质纳米组装体表面的GP5能够与细胞表面的磷酸根离子发生多重“盐桥”作用力，进而促使蛋白质纳米组装体进入细胞。相关的结果最近在Nano Today上发表。
图1.GP5与BSA的组装、GP5@BSA的胞内转染示意图、以及其他多种被转染蛋白
一、GP5对多种不同大小和等电点的蛋白质的胞内递送以及活性研究
作者首先以BSA作为模型蛋白，研究了GP5和BSA的组装，以及GP5@BSA的胞内转染效果（图1）。实验表明，BSA能够被高效递送到多种细胞内，GP5@BSA的细胞摄入主要途径为“胞饮”途径。GP5@BSA进入细胞后，定位实验表明GP5@BSA能够逃逸溶酶体，并在细胞内丰富聚阴离子化合物的竞争下释放BSA。其他多种蛋白也能够被GP5高效转染到细胞内，转染到细胞的内的HRP和β-Gal保持有高效的没活性（图2），同时，转染到细胞内的治疗性蛋白质RNase A、Cyt C、Trypsin和 anti-pAkt表现出明显的胞内活性。
图2. GP5@BSA转染条件探索（a、b）、BSA的胞内定位（c、d）、GP5@BSA的细胞摄入途径（e）、其他蛋白胞内转染的CLSM图像（f）
图3. 胞内转染后的HRP（a-c）和β-Gal（d-f）活性研究
二、GP5的结构对胞内递送蛋白质的关键性
作者也选在了季铵盐、伯铵盐功能化的柱[5]芳烃、GP5的组成单元(Gu)、线性细胞穿膜肽R8（图一）、单边胍基功能化的杯芳烃（GC4A和GC5A）作为对比材料，研究了GP5的结构对胞递送蛋白质的关键性。实验发现，其他对比材料都不能把BSA有效的递送到细胞内，这说明柱[5]芳烃骨架的“预组织化”特性对实现胞内递送蛋白质很关键。也就是，GP5既能粘连蛋白，也能够促进细胞摄入。
三、总结
作者利用柱芳烃骨架对胍基的“预组织化”特性，构建了基于非共价键和操作简易的蛋白质胞内递送小分子载体。“预组织化”的胍基不仅能黏连蛋白形成蛋白质组装体，同时分布在蛋白质组装体表面的胍基能够促进蛋白质进入细胞。这一工作不仅构建了基于大环骨架“预组织化”特性的蛋白质小分子载体，也将为模拟构建新型细胞穿膜肽化合物提供新的思路。
相关研究原文请参见：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013222000238
来源：高分子科学前沿
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