北理工課題組在相分離靶向多肽自適應(yīng)識(shí)別與精準(zhǔn)調(diào)控方面取得進(jìn)展
發(fā)布日期：2025-12-04 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院 攝影：化學(xué)與化工學(xué)院
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近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院王蔚芝課題組在靶向多肽識(shí)別與分析方面取得進(jìn)展。通過(guò)分子設(shè)計(jì)和篩選開(kāi)發(fā)了一種能夠精準(zhǔn)靶向前列腺膜抗原PSMA并通過(guò)液液相分離自適應(yīng)PSMA結(jié)構(gòu)的靶向多肽及偶聯(lián)藥物體系（圖1）。
相關(guān)研究成果以“PSMA-Triggered Phase Separation of Peptide-Drug Conjugates Enables Zinc-Dependent Tumor Inhibition”為題發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》。北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士研究生韓愷和碩士生張鍵（已畢業(yè)，現(xiàn)就職于北方華創(chuàng)）是文章的共同第一作者，王蔚芝教授是論文的通訊作者。此項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助及北京理工大學(xué)分析測(cè)試中心的支持。北京理工大學(xué)馬兵老師在多肽偶聯(lián)藥物的藥理機(jī)制解析方面給予了大力支持，中國(guó)散裂中子源柯于斌研究員在小角中子散射測(cè)試方面給予了大力支持。
在復(fù)雜體系中構(gòu)筑高選擇性識(shí)別界面的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題之一是：如何根據(jù)靶標(biāo)及其微環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)界面的快速自適應(yīng)，從而達(dá)到穩(wěn)定且長(zhǎng)效的親和識(shí)別。天然體系中的蛋白質(zhì)分子可在特定條件下通過(guò)液-液相分離（LLPS）形成富溶質(zhì)相從而影響生物分子相互作用及精準(zhǔn)調(diào)控。受到天然LLPS現(xiàn)象的啟發(fā)，本研究對(duì)人工合成的靶向肽庫(kù)進(jìn)行理性設(shè)計(jì)與篩選，獲得了具備LLPS能力的靶向多肽，無(wú)需經(jīng)歷傳統(tǒng)組裝介導(dǎo)的識(shí)別中重新成核和生長(zhǎng)過(guò)程，可快速自適應(yīng)復(fù)雜體系,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效親和識(shí)別。具體而言，基于本課題組構(gòu)建的微流控陣列芯片及高通量篩選儀器系統(tǒng)，通過(guò)多輪篩選，得到具有靶向識(shí)別能力、組裝界面形成能力和液液相分離潛力的高親和多肽LE。以前列腺腫瘤復(fù)雜環(huán)境為模型，通過(guò)偶聯(lián)前列腺特異性膜抗原（PSMA）抑制劑HOA構(gòu)筑靶向多肽識(shí)別與調(diào)控體系LE-HOA。LE-HOA在無(wú)靶標(biāo)時(shí)可組裝成納米膠束并在體內(nèi)穩(wěn)定循環(huán)；在靶標(biāo)PSMA的誘導(dǎo)下，LE-HOA通過(guò)LLPS過(guò)程形成生物分子凝聚體，創(chuàng)新地實(shí)現(xiàn)了識(shí)別位點(diǎn)“解而不散”，即時(shí)重構(gòu)形成高選擇性納米纖維的識(shí)別界面，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)快速長(zhǎng)效分子識(shí)別（圖1）。
圖1 液液相分離靶向多肽的設(shè)計(jì)
綜合考慮多肽的級(jí)聯(lián)識(shí)別與自適應(yīng)重構(gòu)需求，構(gòu)建了基于全天然氨基酸的十四肽高通量（108）組合分子庫(kù)。C端谷氨酸（E）和賴(lài)氨酸（K）為親水識(shí)別基團(tuán)，以賦予特異性結(jié)合PSMA的能力。通過(guò)引入亮氨酸（L）、色氨酸（W）和組氨酸（H）調(diào)節(jié)疏水-親水平衡以增強(qiáng)LLPS潛力，同時(shí)引入蘇氨酸（T）和谷氨酰胺（Q）以增強(qiáng)氫鍵相互作用并促進(jìn)肽鏈的自組裝能力。通過(guò)三輪篩選（細(xì)胞靶向篩選，微流控陣列液-液相分離潛能篩選和計(jì)算機(jī)輔助篩選），最終得到具有靶向PSMA和液液相分離潛能的多肽LE。LE處于兩種自組裝形貌的臨界狀態(tài)，表明其不僅容易發(fā)生形貌轉(zhuǎn)變，還可能在轉(zhuǎn)變過(guò)程中經(jīng)歷亞穩(wěn)且非解離的中間態(tài)，有望在生理環(huán)境下經(jīng)歷LLPS過(guò)程（圖2）。
圖2 肽庫(kù)設(shè)計(jì)與三輪篩選
通過(guò)表面等離子體共振檢測(cè)和分子對(duì)接驗(yàn)證了多肽LE對(duì)PSMA的識(shí)別能力，在細(xì)胞層面觀(guān)察到其可以特異性地靶向PSMA+的LNCaP細(xì)胞。進(jìn)一步將PSMA抑制劑HOA與多肽LE偶聯(lián)，得到LE-HOA。圓二色譜和紅外光譜證明LE-HOA的二級(jí)結(jié)構(gòu)并未發(fā)生改變，其仍以L(fǎng)E的組裝機(jī)制自組裝形成納米膠束。通過(guò)電化學(xué)和熒光檢測(cè)驗(yàn)證了LE-HOA可抑制PSMA酶活。同時(shí)，由于HOA處于納米膠束的疏水核心中，可以避免LE-HOA在循環(huán)過(guò)程中非特異性結(jié)合。此外，在細(xì)胞層面驗(yàn)證了LE-HOA對(duì)PSMA+細(xì)胞LNCaP的抑制效果。首先，通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)分析證實(shí)LE-HOA誘導(dǎo)LNCaP細(xì)胞凋亡。隨后，通過(guò)細(xì)胞膜染料染色可視化LNCaP細(xì)胞的活性，結(jié)果表明，隨著LE-HOA濃度的增加，其可顯著影響LNCaP細(xì)胞的存活并抑制其增殖。
圖3 LE-HOA的制備和功能驗(yàn)證
進(jìn)一步驗(yàn)證了LE-HOA的級(jí)聯(lián)功能。首先，在循環(huán)過(guò)程其可維持納米膠束的組裝體形態(tài)，避免HOA的非特異性結(jié)合。其次，在靶標(biāo)PSMA的誘導(dǎo)下，LE-HOA會(huì)發(fā)生解組裝并以單體的形式存在。但由于多種非共價(jià)相互作用的介導(dǎo)，LE-HOA處于一種獨(dú)特的“解而不散”的狀態(tài)，并通過(guò)LLPS過(guò)程在靶細(xì)胞附近形成富溶質(zhì)的微液滴。最后，LE-HOA在微液滴中快速適應(yīng)組裝并重構(gòu)成納米纖維。這一過(guò)程一方面將抑制分子HOA暴露出來(lái)，另一方面可以快速拓展識(shí)別界面，實(shí)現(xiàn)LE-HOA在腫瘤細(xì)胞的長(zhǎng)效駐留。通過(guò)小角中子散射（SANS）進(jìn)一步驗(yàn)證了LE-HOA的上述性能。
圖4 PSMA誘導(dǎo)的自適應(yīng)識(shí)別和LLPS介導(dǎo)的快速重構(gòu)
北京理工大學(xué)王蔚芝課題組長(zhǎng)期從事靶向多肽的設(shè)計(jì)、篩選、組裝和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究。在前序工作的基礎(chǔ)上，課題組在靶向多肽識(shí)別分子的可控性和生理體系適應(yīng)性方面進(jìn)行了深入和延續(xù)的研究，提出了本工作相關(guān)的分子設(shè)計(jì)與構(gòu)筑策略。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202518980。
PSMA-Triggered Phase Separation of Peptide-Drug Conjugates Enables Zinc-Dependent Tumor Inhibition
Kai Han+, Jian Zhang+, Xiaolu Miao, Yao Yu, Limin Zhang, Jinge Zhao, Xin Wang, Qinsong Wei, Yongming Li, Yubin Ke, Bing Ma, Weizhi Wang*
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