今天给大家分享一篇近期发表在JACS上的文章，题为Order from Disorder with Intrinsically Disordered Peptide Amphiphiles。文章的通讯作者是来自以色列特拉维夫大学的Roey J. Amir教授和Roy Beck教授。
两亲分子及其自组装结构具有广泛应用的潜力，因此一直备受关注。相比于传统的两亲分子如磷脂与嵌段共聚物，新兴的多肽两亲分子（peptide amphiphiles, PA）能够结合优势并克服一些缺点。多肽两亲分子通常是将功能性多肽作为亲水结构域，并通过化学方式与疏水尾部偶联。多肽序列较嵌段共聚物具有更明确的链结构，且灵活多变；同时，相比于亲水域较小的天然脂质，功能更加丰富。
尽管许多情况下，两亲分子中的多肽序列衍生自特定二级结构蛋白，但内在无序蛋白质序列也具有独特的优势。它能够依据环境折叠为一组功能构象，这种可塑性使其在某些应用场景下更为合适。
在本文中，作者设计了两种内在无序多肽两亲分子（intrinsically disordered peptide amphiphiles, IDPA），并研究他们的自组装及封装能力。
将合成后的多肽序列IDP1(18肽)通过芳族支化单元与疏水烷基链偶联得到IDPA。两种不同疏水结构分别表示为2(支链数)×12(单链烷基数目)与4×7，整体结构如图1a所示。
图1. a) IDPA结构 b) 浊度测量结果及相变形状示意图
IDP1序列包含11个可质子化残基，净电荷会随pH值发生变化。多肽序列作为聚两性电解质，预期其自组装性质与pH值密切相关。根据氨基酸组成，理论上在较高的pH下，IDP1的净电荷状态基本保持恒定。作者首先对这一条件下的胶束结构进行表征。
通过浊度测定及透射电镜观察，在pH高于6时，IDPA组装为球形胶束，结果如图1b及图2所示。进一步使用小角散射测量分析，结果同样表明IDPA自组装成结构明确的低分散纳米粒子。
接下来作者将pH降低，同样进行浊度测定及透射电镜观察。图1b及图2的结果显示，在pH低于6时发生相变（对于2×12为4.5），球形胶束转变为细长蠕虫状胶束，并且在更低的pH下，蠕虫状胶束发生相互作用而聚集，产生更大的聚集体。以上的结果表明IDPA可以发生pH响应的结构相变。
作者随后探究了IDPA自组装能力的可调性。考虑到多肽的电荷性质，作者分别调整了电荷分布及关键氨基酸，另外设计了两段序列IDP2 与IDP3(见图1a)。作者实验发现，电荷分布的微小变化对蠕虫状胶束的相互作用有显著影响。如图3c小角散射实验结果所示，IDP1尖锐的结构因子峰被IDP2宽而浅的峰所取代，胶束间相关性减弱。而图3d结果中，甘氨酸替代组氨酸的IDP3则表现出增强的胶束间相互作用。这些结果反映出多肽序列的对低pH下复杂聚集的控制作用，也暗示了通过点突变等工程化操作调控结构的可行性。
作者还评估了形状相变如何影响封装货物的释放。将胶束溶液与疏水染料分别在pH 6.5与pH 4条件下混合，随后透析并定期外部取样评估释放量。如图4ab所示，pH 6.5下球状胶束（红色虚线）比pH 4下蠕虫状胶束（蓝色虚线）释放速度快。作为对照，作者还以相似分子量的PEG替换多肽部分，以证明这一变化确实来自于多肽相互作用的改变导致的形状变化，如图4c所示。
综上所述，本文中作者提出了由内在无序蛋白质序列制备的新型多肽两亲分子IDPA，并证明其自组装成为球形胶束纳米结构。IDPA同时表现出pH诱导的胶束相变，从球形转变为蠕虫状，这一特性也有作为货物释放触发器的潜力。
作者：ZRC 审校：LJH
DOI: 10.1021/jacs.1c06133
Link: https://doi.org/10.1021/jacs.1c06133
