自组装多肽是一种肽分子或多种肽分子依靠分子间相互作用，自发地或触发地在体系中结合连接形成的纳米结构聚集体，其纳米结构包括球形胶束、囊泡、线状、带状、层状、柱状、管状、球状和网状等结构。这种聚集体具备生物相容性好、稳定性高等优点，表现出不同于单体多肽分子的特性和优势，因此其在药物传递、组织工程、生物医学检测和工程疫苗等领域具有良好的应用前景。

       多肽自组装机制

       多肽可以自发或者由特定条件触发来实现自组装，并进一步形成形态特定的结构。多肽主要借助氢键、亲/疏水相互作用、静电作用、π-π 堆积等非共价作用力进行自组装。非共价键力的强度虽弱于共价键，但是当达到一定数量以及在这些非共价驱动力联合作用下，分子依旧能形成稳定的纳米组装结构。①亲水/疏水相互作用。疏水相互作用是分子中的非极性部分因避开水相而彼此聚在一起的作用力，亲水作用力和疏水作用力是两亲性肽自组装的主要驱动力，它们在稳定二、三级构象方面承担着重要角色。类似于生物膜结构中的磷脂双分子层，两亲肽的亲水、疏水部分会自发地根据亲疏水力靠近或远离。通过控制这两部分的结构，可以设计出不同功能的自组装多肽分子以及不同形貌的聚集体。亲水和疏水相互作用对自组装的周期以及形态、结构具有调节作用。②氢键。氢键是由极性很强的X–H基上的氢原子与另一个电负性强的原子Y (如O、N、F 等)相互作用所产生的某种吸引力。氢键作用力具有方向性(即X与Y之间的角度接近 180°)和饱和性(即一般情况下X–H只能和一个Y 结合)，可以在分子间或分子内形成。氢键作用力是稳定蛋白质等高级结构的主要推动力。③静电作用。多肽分子中带正电和负电的氨基酸残基间通过静电吸引与静电排斥作用力影响多肽的自组装行为。静电作用不具有方向性，易受到离子强度和 pH 的干扰。④π-π堆积作用。π-π 堆积发生在含有芳香性结构氨基酸的自组装多肽中，这种弱相互作用力存在于相对富电子和缺电子的两个分子之间，使其能够以面对面和边对面的方式进行堆叠，并且该作用力具有取向性，将π-π 共轭双键引入多肽能显著影响分子周围的环境，进而驱动多肽形成特殊的组装形貌。

       自组装多肽在生物医药领域的应用

       1、自组装多肽在药物递送中的应用

       近年来，自组装肽作为纳米材料在药物输送方面取得了许多进展。自组装多肽作为药物载体具有较多优势，除了合成快速、可调控外，还可以通过提供与靶细胞受体结合的特定配体来改善细胞摄取，确保药物在特定靶点的响应性释放，不会对其他细胞产生毒 性作用，并最终从体内自由排出。游离形式药物的临床应用往往受到一些不利性质的限制，如水溶性低、生物分布差、降解率高。此外，一些药物不能直接给药或有诱导免疫反应的潜在风险。为了克服这些不良特性并提高治疗效率，需要将药物与合适的药物载体结合起来。例如，多功能肽P51 被研究用于疏水性化疗药物吡柔比星的递送，P51 肽是由特异性靶向的RGD序列、带负电的氨基酸序列(酶响应性)、二硫键连接段(还原响应性)以及α-螺旋41 肽(酸响应性)组成。α-螺旋部分借助疏水和静电驱动力进行自组装，负载吡柔比星后形成稳定的球形纳米颗粒。酸、还原剂二硫苏糖醇(dithiothreitol, DTT)和酶均可刺激自组装纳米颗粒释放疏水药物。特别是当 3 种触发因素均存在时，药物释放效率能够显著提高。该自组装体已被证实具有肿瘤靶向性和低毒 性，为自组装肽在药物递送上的应用提供了重要参考价值。

       此外，水凝胶具有在多孔、膨胀的结构中吸收和保持水分的能力，由于其广泛的物理性质和化学适应性，使其成为一种很好的药物输送系统。肽类水凝胶具有良好的生物相容性、亲水性、易被加工等特点被广泛应用于治疗剂和承接给药载体。它由寡肽分子通过物理交联形成的纳米纤维堆叠而成，具有以下优点，首先基于外界因素制备响应性水凝胶可用于调控体外释药过程；其次使用多肽偶联修饰基团的化学反应进程可促进药物与水凝胶的络合；其三，两种带有相反电荷的多肽共组装形成的水凝胶在有效控制载药量的同时还可以协同免疫器官抑瘤；其四，靶向性的输送药物可用于癌症治疗。虽然自组装多肽作为药物载体具有上述诸多优势，但是组装的肽水凝胶的机械和流变性能较差，导致注射困难，从而限制了其进一步的应用。为此，有研究将正电荷多肽 PLL与自组装二肽 Fmoc-FF 进行偶联，两者间的静电相互作用使得纤维水凝胶能够剪切变稀和自愈，从而形成具有适于注射的流变特性的水凝胶。

       2、自组装多肽在组织工程中的应用

       组织工程方法由3个关键要素，支架、细胞和生长因子组成，其中支架是提供细胞仿生环境的关键。自组装多肽支架因有良好的生物相容性、可调控的生物降解性，已用于神经、脊髓和骨组织工程中。在神经组织工程方面，支架材料能与神经细胞良好相容，诱导轴突的发生与延长，抑制瘢痕组织的形成。N-钙粘蛋白由神经细胞表达，可控制神经网络中轴突引导，突触形成，突触结构的调节以及星形胶质细胞与突触的接触等。在脊髓组织工程方面，支架可提供脊髓邻近细胞生长的环境和空间，指引神经元轴突延伸，防止外界成分干扰和瘢痕形成，使新生组织接近于正常组织结构。脊髓损伤后血脊髓屏障的破坏会导致炎症和神经胶质瘢痕形成，从而抑制轴突生长，并降低移植到损伤部位支架的有效性。在研究RADA 自组装多肽纳米纤维支架对大鼠脊髓损伤的修复，表明其可以减少脊髓损伤大鼠的炎症和神经胶质瘢痕形成，并增加损伤移植部位的轴突密度，减小脊髓损伤区域的面积，证明载细胞自组装多肽支架可用于脊髓损伤的修复。在骨组织再生方面，自组装多肽对骨质疏松症和软骨缺损等骨组织疾病具有理想的治疗效果。研究发现，将自组装多肽水凝胶（SAPH）涂覆在聚己内酯（PCL）支架上，一方面提供了SAPH 纳米纤维和微米纤维网络，形成有利于骨和软骨细胞生长的仿生ECM 微环境，另一方面 SAPH显著改善了PCL 表面疏水性，有利于细胞黏附和 ECM 沉积，能实现了兔关节腔骨和软骨缺损的同步修复。

       3、自组装多肽在生物医学检测中的应用

       自组装多肽能够特异性识别病灶部位高表达的生物标志物，实现疾病的精确诊断和有效治疗。通过原位和异位构建组合各种成像物，即放射 性同位素、荧光发色团等的自组装多肽，已开发出多种高度特异性的自组装多肽类探针，成为医学检测和成像的重要方法。如受绿色荧光蛋白发色团的启发，有学者设计了一种基于酪氨酸(Y)的肽，即Fc-YYGCGPGRC，此肽自组装成纳米颗粒并通过分子间氢键稳定，纳米颗粒对pH 值敏感，当酪氨酸的酚基团脱质子时，可以发射强烈的绿色荧光。此外，该肽在与人类免疫缺陷病毒的GPGR 基序结合后，能够有效穿透细胞膜屏障。由于其优异的光稳定性、pH 敏感性、生物相容性，可用于稳定的细胞成像，有望成为生物医学应用中的荧光纳米材料。

       4、自组装多肽在疫苗工程中的应用

       以自组装纳米材料作为载体，其提供的微环境有助于与抗原呈递细胞（antigen presenting cells，APCs）相互作用，有助于预防疾病和开发免疫治疗疫苗。多肽疫苗设计主要集中在利用抗原蛋白的特定修饰差异以提高选择性免疫应答，提高免疫原性。Q11（Ac-QQKFQFQFEQQ-NH2）是一种在疫苗工程中常用的自组装多肽，Q11 在盐溶液中通过非共价键作用可以自组装成β折叠的纳米纤维结构。有学者研究了自组装纳米载体改善多肽抗原疫苗的免疫原性，将可识别细胞毒 性T淋巴细胞的HPV16 E744-62抗原肽通过共价键连接在Q11 氨基端，在盐溶液中通过自组装折叠形成高效呈递抗原表位的纳米纤维疫苗 E744-62-Q11，从而提高抗原肽疫苗的免疫原性。在小鼠皮下异位移植肿瘤细胞TC-1 模型， 分别接种E744-62-Q11 疫苗和Q11，结果显示，E744-62-Q11 组小鼠肿瘤重量显著低于Q11 组，且小鼠脾 脏淋巴细胞中E7特异性分泌干扰素γ（interferon-γ，IFN-γ）的T细胞水平更高，在肿瘤小鼠体内可以显著诱导抗肿瘤细胞免疫应答。此外，E744-62-Q11 在小鼠体内具备良好的安全性，有望转化为治疗HPV 肿瘤的新型纳米疫苗。

       参考资料

       [1]刘旭,尹彩云,陈海燕等.自组装多肽在生物医药领域的研究进展[J].药学与临床研究,2022,30(06):523-528.

       [2]王越,丁秀仿,张泗达等.自组装在多肽药物中的应用[J].生物工程学报,2023,39(01):177-191.

       [3]于伟康,张珊珊,杨占一等.超分子多肽自组装在生物医学中的应用[J].生物工程学报,2021,37(07):2240-2255.

       作者简介：小泥沙，食品科技工作者，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品及功能性食品的开发与研究。