多肽自組裝研究進(jìn)展

多肽自組裝研究進(jìn)展

分子自組現(xiàn)象在自然界非常普遍，在生物進(jìn)化和生物多樣性維護(hù)方面發(fā)揮著重要作用。這是一個(gè)多學(xué)科的交叉點(diǎn)。肽類分子自組裝材料由于其良好的生物相容性,近年來備受關(guān)注。肽分子源于生物體,其基本結(jié)構(gòu)單元是α-氨基酸,在體內(nèi)可降解,代謝終產(chǎn)物無毒,因此在材料科學(xué)、生物醫(yī)藥及臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。1從-交叉至-螺旋的構(gòu)象轉(zhuǎn)變構(gòu)成多肽和蛋白質(zhì)的天然α-氨基酸有20種,除甘氨酸外,其余均為手性分子,L構(gòu)型,具有相同的基本骨架結(jié)構(gòu),差別在于α-碳原子上的取代基不同。通過對(duì)肽序列的設(shè)計(jì)以及對(duì)肽鏈的修飾可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多肽自組裝的控制,在新材料研究開發(fā)中具有重要意義。多肽分子之間可通過非共價(jià)鍵作用自發(fā)地形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。親疏水作用、氫鍵、靜電等分子間作用力雖然較弱,但其相互協(xié)同仍能形成穩(wěn)定的高級(jí)結(jié)構(gòu)。肽分子之間通過親水或疏水區(qū)域的相互作用可以產(chǎn)生不同的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),如膠束、囊泡、纖維和納米管等。調(diào)節(jié)親疏水氨基酸的種類、數(shù)量、位置等可以得到不同形態(tài)的自組裝體。肽分子也可以被疏水性的烷基鏈修飾形成兩親性分子進(jìn)行自組裝,疏水烷基鏈之間的相互作用是兩親性肽自組裝的主要驅(qū)動(dòng)力,對(duì)穩(wěn)定二級(jí)和三級(jí)構(gòu)象起著重要的作用。肽分子之間的靜電相互作用也是自組裝體形成的重要因素,帶電荷的氨基酸殘基之間相互作用、介質(zhì)的離子強(qiáng)度都對(duì)自組裝產(chǎn)生影響。氫鍵在肽分子之間很常見,有一定的方向性,肽分子主鏈上酰胺鍵以及側(cè)鏈功能基都易形成氫鍵,使其具有一定的構(gòu)型特征,分子間的氫鍵可以穩(wěn)定自組裝體的構(gòu)型。多肽分子的常見構(gòu)象包括α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角等,自組裝可使多肽分子的構(gòu)象發(fā)生變化。一種16肽Ac-A～D～A～D～A～D～A～D～A～R～A～R～A～R～A～R-NH2(DAR16-Ⅳ)在溫度升至70℃以上時(shí),構(gòu)象由β-折疊不經(jīng)過無規(guī)卷曲狀態(tài)直接變成穩(wěn)定的α-螺旋結(jié)構(gòu),且該過程動(dòng)力學(xué)不可逆。原因可能是溫度升高破壞了原本自組裝形成的β-折疊結(jié)構(gòu)的水凝膠,而具有電荷取向性的α-螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)新形成的構(gòu)象有穩(wěn)定作用。同理,改變?nèi)芤旱膒H值也能使該肽的構(gòu)象發(fā)生變化。pH值降低,天冬氨酸的側(cè)鏈羧基質(zhì)子化,失去分子間的電荷相互作用,也會(huì)打破穩(wěn)定的離子互補(bǔ)型β-折疊結(jié)構(gòu)的自組裝體,所形成的α-螺旋結(jié)構(gòu),即使在低濃度下仍會(huì)保持穩(wěn)定。相反,與DAR16-Ⅳ結(jié)構(gòu)相似的Ac-A～K～A～K～A～K～A～K～A～E～A～E～A～E～A～E-NH2(KAE16-Ⅳ)和Ac-A～E～A～E～A～E～A～E～A～K～A～K～A～K～A～K-NH2(EAK16-Ⅳ)在加熱時(shí)則不發(fā)生從β-折疊至α-螺旋的突變,這可能是由于這兩種肽可形成非常穩(wěn)定的β-折疊自組裝體,在加熱條件下無法打破,而單一DAR16-Ⅳ形成的自組裝體的穩(wěn)定性則較弱。這種從β-折疊至α-螺旋的構(gòu)象轉(zhuǎn)變對(duì)研究某些神經(jīng)性疾病的發(fā)病機(jī)制很有意義。序列稍短的肽Ac-A～E～A～～E～A～E～A～～E～A～K～A～K-NH2(EAK12-d)和氨基酸序列顛倒的Ac-D～A～D～A～D～A～D～A～R～A～R～A～R～A～～R～A-NH2(DAR16-Ⅳ*)也會(huì)在某些條件下發(fā)生從β-折疊至α-螺旋的構(gòu)象突變;而序列稍長(zhǎng)的肽Ac-A～D～A～D～A～D～～A～D～A～R～A～R～A～R～A～～R～A～D～A～D～A～D～A～D～A～R～A～R～A～R～A～R-NH2(DAR32-Ⅳ)雖具有β-折疊和α-螺旋兩種構(gòu)型,但只能是從HPLC中分離出兩種不同構(gòu)象的肽,不能由一種構(gòu)象直接轉(zhuǎn)變成為另一種。多肽自組裝過程中可能出現(xiàn)不同于初始及最終構(gòu)象的中間體。Zhang等研究了八肽Ac-FKFEFKFE-NH2(KFE8)自組裝的過程中出現(xiàn)的一種左手螺旋條帶狀的中間體,這種中間體出現(xiàn)在自組裝的初期,最終消失。肽剛?cè)芙庠谒芤褐袝r(shí),具有典型的β-折疊結(jié)構(gòu),但隨著時(shí)間的增加,反平行的β-折疊結(jié)構(gòu)逐漸取代平行的β-折疊結(jié)構(gòu)。他們認(rèn)為這種中間體的出現(xiàn)是由于肽骨架上氫氧原子不對(duì)稱分布阻礙了分子間氫鍵的形成,單螺旋的β-折疊條帶不夠穩(wěn)定,兩條β-折疊的條帶將疏水部分夾在中間,形成左手雙螺旋的β-折疊結(jié)構(gòu),最終自組裝成纖維狀結(jié)構(gòu)。Caplan等用DLVO理論預(yù)測(cè)了KFE系列肽在改變氨基酸的疏水性、側(cè)鏈電荷性質(zhì)和重復(fù)序列對(duì)自組裝行為的影響以及鹽濃度對(duì)臨界聚集濃度的影響,并用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。Ganesh等研究了CH3(OCH2CH2)3OCH2CO(ILe)3OCH3(A)和CH3(OCH2CH2)3OCH2CO(ILe)3NH(CH2CH2O)3CH3(B)兩種被化學(xué)修飾的短肽在甲醇中的自組裝。兩種肽在較低濃度時(shí)均為無規(guī)和α-螺旋的混合構(gòu)象,濃度升高時(shí)α-螺旋構(gòu)象比例隨之升高。當(dāng)甲醇濃度逐漸降低時(shí),含有更多極性基團(tuán)的B比A更易形成構(gòu)象的轉(zhuǎn)變,β-折疊構(gòu)象比例急劇增加,其構(gòu)象為翻轉(zhuǎn)的反平行β-折疊,而A為平行的β-折疊。在凝膠狀態(tài)時(shí),氫鍵是自組裝過程中的主要驅(qū)動(dòng)力,A形成剛性棒狀非交聯(lián)的結(jié)構(gòu),而B形成松散、有交聯(lián)結(jié)構(gòu)、類似淀粉樣蛋白的纖維狀聚集體。Yamada小組詳細(xì)研究了疏水烷基鏈修飾的三肽自組裝體的構(gòu)象。通過調(diào)節(jié)三肽的氨基酸以及修飾的烷基鏈的數(shù)目、位置和溶劑等因素可形成平行及反平行的β-折疊結(jié)構(gòu)自組裝體,并通過將兩條方向相反的兩親性肽混合得到反平行的結(jié)構(gòu)。Dublin等報(bào)道了多肽TZ1H在pH值高于組氨酸的pKa時(shí),組氨酸去質(zhì)子化,形成類似異亮氨酸拉鏈的結(jié)構(gòu),可形成三股卷曲螺旋構(gòu)象;在pH值低于組氨酸的pKa時(shí),由于質(zhì)子化的組氨酸電荷斥力的作用而不能形成三股卷曲螺旋構(gòu)象。在銀離子存在時(shí),通過銀離子與組氨酸的相互作用也能誘導(dǎo)肽形成三股卷曲螺旋結(jié)構(gòu),并隨銀離子濃度的增加,螺旋構(gòu)象的比例逐漸增大,且此過程具有可逆性。Przybyla等報(bào)道的[ProHypGly]4[ProLys(bipyridyl)Gly][ProHypGly]4肽鏈?zhǔn)菍⒛z原蛋白中常見序列ProHypGly中的一個(gè)羥脯氨酸換成了雙吡啶基修飾的賴氨酸,這種肽上的雙吡啶基與二價(jià)鐵離子之間的配位作用可以使三重螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)一步聚集形成膠原纖維簇。2自主組裝的結(jié)構(gòu)多樣性2.1肽自組裝膜的形成1993年,Zhang等報(bào)道了一種16肽Ac-AEAEAKAKAEAEAKAK-NH2(EAK16-Ⅱ)在鹽誘導(dǎo)下可自組裝形成穩(wěn)定的膜結(jié)構(gòu)。肽鏈中疏水的丙氨酸與親水的谷氨酸和賴氨酸交替排列,谷氨酸和賴氨酸具有電荷互補(bǔ)性,在鹽誘導(dǎo)下形成高穩(wěn)定性的膜,在水溶液中具有典型的β-折疊構(gòu)象。這種自組裝主要是分子間靜電相互作用的結(jié)果,在水溶液中丙氨酸殘基位于一側(cè),谷氨酸和賴氨酸位于另一側(cè),肽分子之間交錯(cuò)形成離子鍵,丙氨酸的側(cè)鏈通過疏水相互作用咬合在一起,形成穩(wěn)定的膜結(jié)構(gòu)。這種自組裝受外界離子(特別是一價(jià)金屬離子)的影響很大,這可能是由于一價(jià)金屬離子的尺寸適合參與膜的形成。肽鏈的長(zhǎng)度也會(huì)影響自組裝,EAK12可形成少量的膜結(jié)構(gòu)而EAK8則不能形成膜結(jié)構(gòu)。這種自組裝膜可以作為一個(gè)模型,對(duì)于一些由肽自組裝所產(chǎn)生的疾病研究有重要意義,比如淀粉樣蛋白形成互相纏結(jié)的纖維結(jié)構(gòu)引起的Alzheimer癥等。EAK16-Ⅱ和另一種肽Ac-RARADADARARADADA-NH2(RAD16-Ⅱ)在水溶液中都具有β-折疊結(jié)構(gòu),均可通過一價(jià)金屬離子誘導(dǎo)形成穩(wěn)定的膜結(jié)構(gòu)。RAD16-Ⅱ也具有與EAK16-Ⅱ相類似的性質(zhì),從結(jié)構(gòu)上看,精氨酸與天冬氨酸代替了谷氨酸與賴氨酸,并且電荷順序也與EAK16-Ⅱ相反。這兩種肽自組裝形成的膜對(duì)于多種哺乳動(dòng)物的細(xì)胞都有較強(qiáng)的吸附作用。Biesalski等研究的一種兩親性肽可以在空氣和水的界面上經(jīng)紫外引發(fā)聚合形成單層膜,這種膜在轉(zhuǎn)移到疏水性的云母基底上后,鼠纖維原細(xì)胞可在其上吸附并且擴(kuò)散。一些結(jié)構(gòu)類似于表面活性劑的肽也可以在某種條件下形成膜狀的聚集結(jié)構(gòu)。2003年,Yamada小組研究了由烷基鏈和幾個(gè)連續(xù)亮氨酸組成的兩親性肽的自組裝,得到了一種非共價(jià)鍵連接的具有柔韌性的膜。圖1a所示的化合物,當(dāng)n=3時(shí),其CHCl3溶液在基質(zhì)上通過溶劑揮發(fā)可形成上述的膜,而在CCl4中則處于凝膠狀態(tài),形成的膜易碎。亮氨酸的疏水性側(cè)鏈在自組裝成膜過程中起著重要的作用,交錯(cuò)的側(cè)鏈之間的相互作用使得形成的平行β-折疊結(jié)構(gòu)被固定住,如圖1b所示。這種膜在高度彎曲的情況下仍然不會(huì)斷裂,顯示出良好的柔韌性,如圖1c。2.2表面活性劑類肽在水中的動(dòng)態(tài)光散射作用可自組裝形成納米管或納米囊的多肽一般是結(jié)構(gòu)類似于表面活性劑的肽。這類肽分子通常含有7—8個(gè)氨基酸,和表面活性劑一樣有親水的頭部和疏水的尾部。其頭部可以是帶負(fù)電荷的天冬氨酸、谷氨酸,也可以是帶正電荷的賴氨酸、組氨酸或精氨酸,尺寸約2.5nm,接近天然的磷酯。這些肽雖然結(jié)構(gòu)序列不同,但有一個(gè)共同的特性:頭部都含有1—2個(gè)親水性的氨基酸,尾部含有4個(gè)以上連續(xù)的疏水性氨基酸。表面活性劑類肽頭部和尾部的氨基酸可替換為其他天然氨基酸或一些非天然的氨基酸。利用磷酯絲氨酸作為頭部,丙氨酸和纈氨酸作為疏水的尾部可以模擬磷酯在水中的自組裝,具有不同的臨界聚集濃度。與普通脂質(zhì)體不同,表面活性劑類肽中的疏水性氨基酸側(cè)鏈通過疏水相互作用以及沿骨架方向的分子間的氫鍵緊密結(jié)合。Zhang研究組以V6D為例對(duì)其自組裝形成納米管和納米囊的可能過程進(jìn)行了分子模擬。每個(gè)肽分子的尺寸為2nm,兩個(gè)肽分子尾對(duì)尾形成的雙分子層組成了殼,其最大厚度為4nm。單分子肽形成雙層的環(huán),疏水的尾部位于雙層結(jié)構(gòu)中間,親水的頭部位于環(huán)的外層和內(nèi)層,接近水分子。經(jīng)過連續(xù)的動(dòng)態(tài)能量最低化,它們成長(zhǎng)為單個(gè)亞單元環(huán)和多重環(huán),環(huán)繼續(xù)通過疏水作用聚集形成長(zhǎng)的納米管,整個(gè)過程天冬氨酸一直暴露在水相中,如圖2所示。頭部為帶正電荷的氨基酸的肽,如V6K2,L6K2,A6K,V6H,V6K,H2V6,KV6等,也可在水溶液中自組裝形成納米管和納米囊結(jié)構(gòu)。當(dāng)環(huán)境的pH值低于肽的等電點(diǎn)時(shí),形成納米管或納米囊;而當(dāng)pH值大于其等電點(diǎn)時(shí),體系形成膜狀的聚集結(jié)構(gòu)。這類兩親性肽自組裝成的納米管或納米囊可以作為不溶性藥物和帶負(fù)電荷的DNA和RNA的載體,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值。表面活性劑類肽疏水尾部長(zhǎng)度對(duì)自組裝有一定的影響。研究發(fā)現(xiàn),在中性pH值下,分別含有4,6,8,10個(gè)甘氨酸尾部和2個(gè)天冬氨酸頭部的肽都能在水中自組裝形成納米管或納米囊,隨著甘氨酸長(zhǎng)度的增加,動(dòng)態(tài)光散射測(cè)得的粒徑分布逐漸變寬。Zhang等還研究了乙?；腁6K和V6D對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)Ⅰ的穩(wěn)定作用。在A6K存在下,光學(xué)系統(tǒng)Ⅰ復(fù)合物在室溫干態(tài)下可以穩(wěn)定存在3周,V6D對(duì)這個(gè)體系也有一定的穩(wěn)定作用,但比A6K弱一些。不同比例的表面活性劑類肽Ac-A6D-OH與Ac-A6K-NH2按一定比例混合,可以通過相互之間的協(xié)同作用形成納米線,進(jìn)而由整齊的納米線自組裝成膜狀結(jié)構(gòu)。除表面活性劑類肽之外,其他結(jié)構(gòu)的多肽分子也能自組裝形成納米管、納米線或納米囊等結(jié)構(gòu)。Kanzaki等報(bào)道了一種兩親性的嵌段型多肽的自組裝,其疏水鏈段由交替的亮氨酸和2-氨基異丁酸組成,親水鏈段由一定數(shù)量的肌氨酸組成。這種兩親性肽其疏水鏈段部分具有α-螺旋構(gòu)型,可形成納米管狀結(jié)構(gòu),兩種親水鏈段長(zhǎng)度不同的肽共組裝可得到“三叉”型的納米管。Zhang研究小組最近報(bào)道了一種圓錐形肽Ac-GAVILRR-NH2在水溶液中自組裝形成的納米環(huán)狀結(jié)構(gòu),肽側(cè)鏈之間的相互作用導(dǎo)致體系先形成球狀膠束,球狀膠束經(jīng)融合或伸長(zhǎng)形成納米管,再進(jìn)一步彎曲形成納米環(huán)狀結(jié)構(gòu)。Park等研究了由兩個(gè)苯丙氨酸構(gòu)成的二肽(Phe-Phe)在硅基底上的自組裝行為。二肽的1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇溶液在硅片上成膜后,在高溫及苯胺蒸氣的作用下形成豎直規(guī)則排列的納米線結(jié)構(gòu)(如圖3所示),這種新型自組裝體具有很好的熱穩(wěn)定性。Biesalski等研究了一種包含可與整聯(lián)蛋白受體有特殊相互作用的RGD序列,并含有可聚合二炔脂肪鏈的兩親性肽的自組裝。該兩親性肽與未修飾的含有二炔的脂肪酸在溶液中自組裝,經(jīng)過光照引發(fā)聚合形成穩(wěn)定的囊泡。與特定的受體α5β1相互作用后,能產(chǎn)生肉眼可見的顏色變化。Krysmann等發(fā)現(xiàn)一種源自淀粉樣蛋白β肽的序列KLVFF延長(zhǎng)兩個(gè)丙氨酸形成的肽AAKLVFF,在甲醇中可以自組裝形成β-折疊構(gòu)象的納米管,苯丙氨酸芳香基團(tuán)的相互作用在自組裝中起主要作用。Lee等將十肽菌素脂化形成的兩親性肽,可以自組裝成微米級(jí)的管狀結(jié)構(gòu),這種緊密排列的結(jié)構(gòu)可以將酶結(jié)合位點(diǎn)保護(hù)起來,避免被胰蛋白酶水解,在肽類藥物的遞送以及一些不穩(wěn)定的藥物前體在特定位置的緩釋等方面有潛在應(yīng)用價(jià)值。Bitton等研究了可結(jié)合DNA的兩親性肽的二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)其聚集行為的影響。該化合物包括三部分結(jié)構(gòu)單元:可結(jié)合DNA的GCN4(KDPAALKRARNTEAARRSRARKLQRMKQLE)區(qū)域,一個(gè)短的卷曲螺旋式的成核序列,可聚合的甲基丙烯酸的烷基尾部。在溶液中,這種兩親性肽形成螺旋狀的條帶或中空的管狀物,結(jié)合DNA后形成層狀結(jié)構(gòu),頭部的特殊相互作用對(duì)自組裝體的聚集狀態(tài)有很大影響。2.3凝膠結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)多肽最常見的自組裝形式是納米纖維,及由纖維進(jìn)一步形成的水凝膠結(jié)構(gòu)。這種肽自組裝形成的水凝膠通常含水量很高,在生物醫(yī)學(xué)以及組織工程中有很大的應(yīng)用前景。一些未被修飾的多肽或被疏水烷基鏈修飾的多肽都可以在某些條件下自組裝成纖維或凝膠。2.3.1rad5-自組裝體的制備可自組裝成納米纖維并進(jìn)一步形成水凝膠的肽有特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),一般有親水面和疏水面兩個(gè)表面,可以在水溶液中形成穩(wěn)定的β-折疊結(jié)構(gòu)。疏水面在水溶液中互相靠近屏蔽水分子,親水面具有排列規(guī)則的正負(fù)電荷重復(fù)序列形成互補(bǔ)的離子鍵促進(jìn)其自組裝,分子之間還可以形成氫鍵加固自組裝體。由于其親水面和疏水面就象積木的孔和楔一樣,可以排列出不同的結(jié)構(gòu),因此被形象地稱為“肽積木”。由這類肽自組裝成的三維納米纖維支架可用于細(xì)胞培養(yǎng)和再生醫(yī)學(xué)的研究,或用于藥物、蛋白質(zhì)及DNA等分子的遞送。這類肽帶電荷的氨基酸排列順序可分為以下幾種模式:模式1,-+-+-+-+;模式2,--++--++;模式3,---+++;模式4,----++++等。這些分子在水溶液中自組裝成納米纖維結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步形成由纖維組成的支架材料,孔徑約5—200nm,其中一種Ac-RADARADARADARADA-NH2(RAD16-Ⅰ)已經(jīng)成為商品化的生物支架材料(PuraMatrix)。此類多肽自組裝形成的水凝膠含水量非常高,不僅能使細(xì)胞存活和移動(dòng),還能使生長(zhǎng)因子和營(yíng)養(yǎng)素等緩慢地?cái)U(kuò)散出入,是可控制細(xì)胞分化的理想細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)和再生醫(yī)學(xué)及藥物控制釋放的理想材料。“肽積木”型多肽研究較多的主要有RAD系列和EAK系列兩類,它們均可以在某些條件下自組裝形成納米纖維和水凝膠。Yokoi等報(bào)道了RAD16-Ⅰ在水中自組裝形成納米纖維,具有穩(wěn)定的β-折疊結(jié)構(gòu),這些纖維進(jìn)一步形成含水量大于99.5%的水凝膠。這種自組裝體經(jīng)超聲破壞其結(jié)構(gòu)后能夠快速地重新自組裝,恢復(fù)原來的形貌且強(qiáng)度有所增加,該過程重復(fù)4次仍然可達(dá)到最初的自組裝纖維長(zhǎng)度。在水溶液中,肽的疏水性丙氨酸位于一側(cè),而親水性的帶有不同電荷的天冬氨酸和精氨酸位于另一側(cè),疏水相互作用以及電荷之間的靜電相互作用使肽鏈形成穩(wěn)定的自組裝體。一種滑動(dòng)擴(kuò)散模型理論可以用來解釋這個(gè)過程,如圖4所示。由于丙氨酸之間的結(jié)合沒有特異性,當(dāng)疏水相互作用被超聲破壞后,黏性末端很快能互相接觸,進(jìn)行擴(kuò)散式的滑動(dòng),互補(bǔ)電荷也能迅速地重新結(jié)合起來。這種肽自組裝成的水凝膠可以作為快速止血材料來使用,將肽溶液涂在傷口上可以在15s內(nèi)封閉傷口,阻止血液流出,并已經(jīng)在動(dòng)物內(nèi)臟出血的處置中獲得了成功。由于該材料止血后不用取出,可以慢慢地被機(jī)體降解吸收,在外科手術(shù)及急救中具有很好的應(yīng)用前景。目前,RAD系列多肽自組裝形成的水凝膠已顯示出作為細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)的巨大潛力。Holmes等利用RAD16-Ⅰ和Ac-RARADADARARADADA-NH2(RAD16-Ⅱ)兩種肽自組裝形成的水凝膠支架材料進(jìn)行神經(jīng)元細(xì)胞的黏附和分化的研究發(fā)現(xiàn),小鼠神經(jīng)元在此支架上可以形成活躍的樹突。Bokhari等研究了RAD16-Ⅰ與高分子材料共同作為細(xì)胞外基質(zhì)對(duì)于成骨細(xì)胞的增生、分化及礦化的影響。他們發(fā)現(xiàn),RAD16-Ⅰ可以與兩種高分散相乳劑聚合物結(jié)合,且成骨細(xì)胞可以在這種復(fù)合材料表面及內(nèi)部形成多細(xì)胞層,RAD16-Ⅰ可促進(jìn)細(xì)胞分化,為細(xì)胞生長(zhǎng)提供一個(gè)自由的環(huán)境。Ellis-Behnke等以哺乳動(dòng)物視覺神經(jīng)系統(tǒng)為模型研究了RAD16-Ⅰ自組裝納米纖維用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的傷口修復(fù)以及組織再生。RAD16-Ⅰ在倉鼠視束被切斷的情況下不僅可以促進(jìn)傷口部位軸突的再生,也能連接傷口處的腦組織,使倉鼠視覺得到有效的恢復(fù)。Genové等研究了功能化的RAD16-Ⅰ自組裝形成的水凝膠作為支架材料的一些新的功能。他們將來源于層黏連蛋白Ⅰ中的兩個(gè)序列(YIGSR,RYVVLPR)以及來源于膠原蛋白Ⅳ中的序列(TAGSCLRKFSTM)作為功能片段插入到RAD16-Ⅰ的氨基端,新的含有功能片段的RAD16-Ⅰ能夠自組裝成納米纖維并進(jìn)一步形成水凝膠。由這些肽形成的支架材料可以形成鋪滿人體主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的單層,促進(jìn)層黏連蛋白Ⅰ和膠原蛋白Ⅳ的沉積。Wang等將具有功能性的多肽片段與RAD16-Ⅰ相結(jié)合得到具有血管再生功能的肽鏈,并經(jīng)過自組裝形成水凝膠。作為細(xì)胞培養(yǎng)支架,與純RAD16-Ⅰ相比可以顯著提高內(nèi)皮細(xì)胞的存活率,促進(jìn)細(xì)胞增殖、移動(dòng)以及血管的生成。Davis等將RAD16-Ⅱ注射入小鼠的心肌細(xì)胞,其自組裝形成的納米纖維作為心肌細(xì)胞內(nèi)的微環(huán)境,可以促進(jìn)血管細(xì)胞的聚集。Narmoneva等報(bào)道了以RAD16-Ⅱ自組裝形成的水凝膠支架作為血管生成的基質(zhì),可使人類微血管內(nèi)皮細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間存活并能形成類似微血管的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。肽自組裝支架在沒有血管生成因子存在的條件下可以抑制細(xì)胞凋亡,并能提高血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子的基因表達(dá),通過改變自組裝支架的性質(zhì)可以控制類似微血管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的尺寸和空間結(jié)構(gòu)。Chau等將對(duì)基質(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2)敏感的六肽底物序列PVGLIG插入到不同長(zhǎng)度的(RADA)n序列中,研究了PVGLIG兩側(cè)RADA重復(fù)序列的長(zhǎng)度對(duì)肽自組裝的影響。他們發(fā)現(xiàn),(RADA)3PVGLIG(RADA)3可以自組裝成納米纖維,并可進(jìn)一步形成水凝膠,而(RADA)4PVGLIG(RADA)4雖然也可以形成水凝膠,但機(jī)械強(qiáng)度低于(RADA)3PVGLIG(RADA)3以及(RADA)4形成的凝膠,因?yàn)槠湓谒械娜芙庑院苄?。在MMP-2存在時(shí),(RADA)3PVGLIG(RADA)3形成的水凝膠可以被酶降解。Hong等報(bào)道了EAK16-Ⅱ和EAK16-Ⅳ兩種肽在不同pH值下形成不同類型的自組裝體。在pH值為6.5至7.5時(shí),EAK16-Ⅳ形成球形自組裝體而EAK16-Ⅱ形成纖維狀自組裝體;在pH值低于6.5或高于7.5時(shí),EAK16-Ⅳ自組裝體由球形轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維狀,而EAK16-Ⅱ自組裝體則一直保持纖維狀的結(jié)構(gòu),其原因可能是由于在中性環(huán)境中,EAK16-Ⅳ形成了β-轉(zhuǎn)角的構(gòu)象。全部由D型氨基酸組成的D-EAK16-Ⅱ也可以形成纖維狀自組裝體并進(jìn)一步凝膠化,且形成的水凝膠含水量可達(dá)到99%。圓二色光譜顯示D-EAK16-Ⅱ具有與L-EAK16-Ⅱ近乎對(duì)稱的類似螺旋構(gòu)象的圖譜。D-EAK16-Ⅱ形成的自組裝體可以有效地抵抗體內(nèi)一些天然蛋白酶的降解作用,可以作為一種很好的組織工程支架來使用。其他類型未經(jīng)修飾的多肽自組裝形成纖維和水凝膠也有諸多報(bào)道。Tan小組報(bào)道了Ac-RATARAEARATARAEA-NH2(RATEA16)可以自組裝形成pH敏感的水凝膠,含水量可達(dá)到99.5%。隨pH值的變化,RATEA16肽溶液可以觀察到溶液-凝膠-沉淀三種可逆的相變過程。這種pH敏感的水凝膠可以結(jié)合模型蛋白藥物分子胰島素,并在一定的pH條件下釋放出來。Kisiday等研究了Ac-KLDLKLDLKLDL-NH2(KLD12)自組裝形成的水凝膠作為軟骨細(xì)胞外基質(zhì)以及細(xì)胞在水凝膠內(nèi)的分裂。KLD12也是一種極性與非極性氨基酸交替出現(xiàn)的肽,且極性氨基酸帶正負(fù)電荷的殘基交替排列,類似于EAK和RAD的結(jié)構(gòu)。包封在水凝膠內(nèi)的軟骨細(xì)胞經(jīng)過四周的離體培養(yǎng),不僅保持原來的形狀而且產(chǎn)生了富集蛋白聚糖和Ⅱ型膠原蛋白的類似軟骨的細(xì)胞外基質(zhì)。隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加,材料的剛性也隨之增加,這種肽自組裝形成的水凝膠有望作為軟骨細(xì)胞的細(xì)胞外培養(yǎng)基質(zhì)在軟骨修復(fù)中獲得應(yīng)用。最近,Zhou等研究了兩種短肽Fmoc-FF和Fmoc-RGD共組裝形成的水凝膠。兩種肽通過Fmoc基團(tuán)的π-π堆積形成穩(wěn)定的β-折疊構(gòu)象的柱狀纖維,纖維之間相互交織形成水凝膠,這種水凝膠可以作為貼壁依賴性細(xì)胞的培養(yǎng)支架用于體內(nèi)的組織再生研究。2.3.2烷基鏈的兩親性肽自組裝體的結(jié)構(gòu)觀察肽分子經(jīng)過化學(xué)修飾后,其性質(zhì)和自組裝行為都會(huì)受到這些修飾基團(tuán)的影響。目前,研究最多的是經(jīng)疏水烷基鏈修飾的肽,稱為兩親性肽。肽鏈部分可以設(shè)計(jì)成含有多個(gè)生物活性序列的功能區(qū)域,使自組裝體具有特定的功能。疏水烷基鏈之間的相互作用是兩親性肽自組裝的主要驅(qū)動(dòng)力,可以使兩親性肽自組裝成具有高度規(guī)則性界面的擬生態(tài)的膜,提高穩(wěn)定二級(jí)和三級(jí)構(gòu)象的能力,促進(jìn)細(xì)胞黏附、擴(kuò)散、移動(dòng)、增殖及分化。Stupp課題組在烷基鏈修飾的多肽自組裝方面做了大量的工作。2001年,他們利用經(jīng)過疏水性烷基鏈以及磷酸修飾的肽自組裝成納米纖維,并用此纖維誘導(dǎo)羥基磷灰石進(jìn)行生物礦化,成功模擬出類似骨骼中膠原纖維及羥基磷灰石結(jié)晶的幾何構(gòu)造關(guān)系。這種自組裝多肽共分為5個(gè)功能區(qū)域,可自組裝成柱狀的膠束。圖5a所示的區(qū)域1為在肽的尾部引入的長(zhǎng)疏水性烷基鏈,使肽具有兩親性;區(qū)域2為4個(gè)連續(xù)的半胱氨酸序列,由于疏水性的烷基鏈在膠束的內(nèi)部,其余部分在膠束的表面,半胱氨酸上的—SH經(jīng)氧化可形成二硫鍵,將組裝成的膠束結(jié)構(gòu)固定,另外,二硫鍵的形成是可逆的,可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的修正;區(qū)域3是三個(gè)甘氨酸序列,起到增加親水性頭部柔順性的作用;區(qū)域4是一個(gè)磷酸化的絲氨酸殘基,用于吸附環(huán)境中的鈣離子,調(diào)節(jié)羥基磷灰石的礦化;區(qū)域5是具有細(xì)胞黏附作用的RGD序列,可使細(xì)胞在礦化的結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)、分化。實(shí)驗(yàn)表明,這種肽自組裝形成的納米纖維,可以誘導(dǎo)羥基磷灰石進(jìn)行生物礦化,羥基磷灰石的結(jié)晶c軸延著纖維長(zhǎng)軸生長(zhǎng)。兩親性多肽的組成會(huì)對(duì)自組裝結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。對(duì)于CCCCGGGS(PO4)RGD序列分別連接0,6,10,16,22個(gè)碳的烷基鏈的兩親性肽自組裝研究發(fā)現(xiàn):烷基鏈碳數(shù)目為10以上的樣品在濃度為0.25%時(shí),緩慢酸化可以自組裝形成水凝膠,但當(dāng)這些分子用二硫叔糖醇不完全還原或是被I2氧化,酸化則不能形成凝膠,只能得到灰白色的沉淀;10—22個(gè)碳烷基鏈修飾的肽形成的沉淀可觀察到濃密的網(wǎng)狀纖維;6個(gè)碳烷基鏈修飾的樣品只能觀察到無規(guī)的聚集體;沒有烷基鏈修飾的樣品對(duì)pH不敏感,而含有6個(gè)碳烷基鏈的樣品由于烷基鏈過短,不能形成組裝體。當(dāng)10—22個(gè)碳烷基鏈修飾的肽被部分氧化形成分子間的二硫鍵時(shí)不能形成凝膠,說明分子間由于二硫鍵產(chǎn)生的構(gòu)象變化對(duì)自組裝有較大的影響。當(dāng)用丙氨酸替換半胱氨酸后,帶有10或16個(gè)碳烷基鏈的肽在濃度達(dá)到0.2%或以上時(shí)都可以通過酸化形成凝膠,說明半胱氨酸在凝膠的形成中沒有特殊作用。但是,含有10個(gè)碳烷基鏈的肽更易形成平行的纖維簇狀結(jié)構(gòu),而含16個(gè)碳烷基鏈的肽則不易出現(xiàn)平行的纖維簇。當(dāng)均含有16個(gè)碳烷基鏈修飾的下列5種肽序列CCCCGGGS(PO4),C～C～C～C～G～G～G～S(PO4)KGE,C～C～C～C～G～G～G～S(PO4)RGDS,C～C～C～C～G～G～G～S～R～G～D,C～C～C～C～G～G～G～E～I(xiàn)～K～V～A～V無論是否具有細(xì)胞黏附作用,還是含有不同的黏附基團(tuán),或是否進(jìn)行磷酸化,都不會(huì)影響納米纖維組裝體的形成,只是纖維的長(zhǎng)度和強(qiáng)度有所差別。類似的兩親性肽,如alkyl-C4G3S(P)RGD-COOH,可以在多價(jià)金屬離子誘導(dǎo)下,自組裝形成由納米纖維組成的水凝膠。在含有懸浮細(xì)胞的培養(yǎng)液或人造的生理溶液中多價(jià)離子誘導(dǎo)下自組裝形成的水凝膠,可將細(xì)胞包封在水凝膠內(nèi),細(xì)胞可以在其中繼續(xù)存活至少三個(gè)星期,并可以繁殖增生。C端含有支化的陽離子氨基酸、陰離子氨基酸以及RGDS功能性序列,尾部含有烷基鏈的兩親性肽與多臂碳納米管相互作用,在一定的pH值范圍內(nèi),可以使碳納米管包封在肽自組裝形成的纖維內(nèi)部,從而增加了碳納米管在水中的溶解性。肝素可通過兩親性肽頭部的LRKKLGKA序列與肝素分子上特定區(qū)域的作用結(jié)合在自組裝纖維的表面,將其原有的β-折疊構(gòu)象改變?yōu)榕c肝素結(jié)合后成為α-螺旋構(gòu)象。復(fù)合物的自組裝纖維加入生長(zhǎng)因子可促進(jìn)新血管的形成。含有可促進(jìn)神經(jīng)突的生成及生長(zhǎng)的功能性頭部序列IKVAV的兩親性多肽自組裝形成的支架可以使神經(jīng)元細(xì)胞在其上進(jìn)行分化。IKVAV序列連接1個(gè)谷氨酸使之帶負(fù)電荷,順序連接4個(gè)丙氨酸,3個(gè)甘氨酸和1條含有16個(gè)碳的烷基鏈形成兩親性肽。這種兩親性肽在一定條件下自組裝形成的水凝膠,可作為三維的細(xì)胞培養(yǎng)以及組織再生支架。該兩親性肽在水溶液中自組裝成納米纖維使具有生物活性的部分露置在表層,這些具有很高的長(zhǎng)徑比以及表面積的纖維束形成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),產(chǎn)生類似于水凝膠的固體。當(dāng)1wt%的肽溶液與神經(jīng)祖細(xì)胞的懸浮液按1∶1混合時(shí),幾秒鐘便可形成凝膠狀固體,將細(xì)胞封閉在其中。該體系可促進(jìn)神經(jīng)元細(xì)胞快速分化,且具有一定的細(xì)胞選擇性。帶有不同電荷的兩親性肽之間可以通過電荷相互作用進(jìn)行共組裝。Stupp小組研究了16個(gè)碳飽和烷基鏈修飾的含兩種相反電荷多肽之間的共組裝。含有酸性或堿性氨基酸的肽單獨(dú)存在時(shí)只能在一定的pH值下,中和自身的凈電荷后依靠疏水相互作用自組裝成柱狀的膠束。當(dāng)兩種相反電荷的肽共同存在時(shí),在中性pH值下即可自組裝成柱狀的膠束,進(jìn)而形成同時(shí)擁有兩種功能基的纖維。這種組裝形式說明,中性條件下自組裝的驅(qū)動(dòng)力主要是靜電相互作用,而不是簡(jiǎn)單的疏水相互作用。兩親性肽形成的β-折疊結(jié)構(gòu)與纖維的長(zhǎng)軸平行,從疏水性的核內(nèi)部放射性的堆積排列,其內(nèi)部有序程度依賴于分子結(jié)構(gòu)和肽序列。化合物的分子結(jié)構(gòu)和肽序列的變化可以調(diào)節(jié)自組裝形成纖維的物理生物學(xué)特性。Behanna等研究了親水端連接熒光基團(tuán)的兩親性肽與含互補(bǔ)電荷的不含熒光基團(tuán)的兩親性肽的共組裝,這種共組裝體系可以調(diào)節(jié)納米纖維組裝體表面的熒光強(qiáng)度,生物活性分子(如肝素)可以方便地結(jié)合在兩親性肽上,為研究材料與蛋白的相互作用和設(shè)計(jì)新的生物活性材料提供了理論基礎(chǔ)。他們還研究了含有自由N末端的兩親性肽和與其電荷互補(bǔ)的含有自由C末端的兩親性肽的共組裝體系。與常規(guī)的N末端修飾烷基鏈不同,C末端烷基修飾的肽末端含有相反電荷的氨基酸序列。當(dāng)兩種帶有互補(bǔ)電荷的肽鏈混合時(shí),可以形成含有穩(wěn)定的β-折疊結(jié)構(gòu)單一構(gòu)型的共組裝體,而單獨(dú)存在的情況下則不能形成。這是因?yàn)橄喾措姾上嗷プ饔靡约巴榛溎┒说氖杷嗷プ饔脤?dǎo)致體系可以形成β-折疊的氫鍵。頭部和尾部分別連接親水性基團(tuán)而中間被疏水性的間隔臂隔開的兩親性肽分子,也可以在水溶液中自組裝成納米纖維結(jié)構(gòu)。其中心的核部分以及表面都是親水的,而中間的鏈段是疏水的,這種自組裝體的形成主要依靠氫鍵作用。Stupp小組還研究了兩種兩親性肽在模板上進(jìn)行的自組裝。在超聲輔助下,兩親性肽的溶液在含有微通道的基底上自組裝形成沿微通道定向排列的纖維簇。這種方法不僅能夠形成單軸的排列,也可以通過微通道的引導(dǎo)形成環(huán)狀的排列,自組裝可以通過方向的指引,在宏觀尺度上控制材料的性質(zhì)。Tovar等將色氨酸或芘生色團(tuán)連接在兩親性肽的頭部,通過熒光猝滅實(shí)驗(yàn)觀察小分子進(jìn)入自組裝纖維的位置,研究自組裝體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。研究表明納米纖維的內(nèi)部保持了很好的溶劑化狀態(tài),說明其內(nèi)部有很高程度的自由體積。纖維內(nèi)部的生色團(tuán)可與外部環(huán)境中的小分子不同程度地相互作用,說明小分子可以自由進(jìn)入纖維內(nèi)部,這種自組裝的纖維有可能成為藥物遞送的載體。Li等研究了兩親性肽自組裝纖維作為模板誘導(dǎo)金納米粒子的定向自組裝。圖6所示的兩種兩親性肽在非極性溶劑中進(jìn)行自組裝,其中PA2修飾上胸腺嘧啶,自組裝形成的納米纖維表面的胸腺嘧啶功能基可與2-氨基吡啶修飾的金納米粒子相互作用,使金納米粒子產(chǎn)生定向排列。這種排列主要依靠胸腺嘧啶與2-氨基吡啶之間的堿基對(duì)識(shí)別作用。他們還報(bào)道了兩端都被烷基鏈修飾的兩親性肽變換端基的結(jié)構(gòu),可形成直的纖維或左手螺旋結(jié)構(gòu)。末端取代基體積的增大使形成的纖維發(fā)生扭曲形成螺旋結(jié)構(gòu),并隨著端基體積的繼續(xù)增大,形成的螺旋結(jié)構(gòu)自組裝體的螺距隨之減小,最小減至22nm的極限值,這可能是由于體系需要保持氫鍵作用的原因。更有趣的是,當(dāng)端基為光敏感的基團(tuán)時(shí),在紫外光使其構(gòu)型由反式變?yōu)轫樖綍r(shí),所形成的螺旋式的自組裝體變得更加緊密,螺距由78nm變?yōu)?6nm。這些現(xiàn)象說明空間位阻效應(yīng)在自組裝過程中起著重要的作用。Cui等報(bào)道了一種兩親性肽(C16H31OVEVE)自組裝形成的具有β-折疊構(gòu)象完全平坦的巨大納米條帶狀結(jié)構(gòu),降低濃度可以發(fā)現(xiàn)平坦的條帶由扭曲的條帶組成。當(dāng)pH值改變時(shí),可使平坦的條帶表面產(chǎn)生規(guī)則排列的凹槽。近來,研究者們將電子特性引入到兩親性多肽中,使電子特性與生物活性相結(jié)合,為探索新的多功能材料提供了新思路。2008年,Stupp小組研究了將含有丁二炔的烷基鏈共價(jià)連接到肽尾部后形成的兩親性肽的自組裝行為。他們發(fā)現(xiàn),這種結(jié)構(gòu)的兩親性肽可以自組裝成柱狀纖維,并可以在某些條件下形成水凝膠。疏水性的烷基鏈在纖維的內(nèi)部,經(jīng)過紫外光照射可以形成聚丁二炔,這種雙鍵與三鍵交替出現(xiàn)的共軛體系具有特殊的電學(xué)特性,在外觀上顯示出規(guī)則排列的π-體系特有的藍(lán)色。在溶液中或形成凝膠的狀態(tài)下,兩親性的肽均處于一種有序的排列狀態(tài),自組裝成的柱狀纖維在聚合后可以保持聚合前的纖維狀結(jié)構(gòu)。無論聚合前后,支化的肽都比線性的肽聚合程度低,因?yàn)橹Щ碾脑谧越M裝時(shí)纖維內(nèi)部疏水性烷基鏈的密集程度不如線性肽。2009年,Mata等發(fā)現(xiàn)含有RGDS功能序列的這類兩親性肽自組裝體可通過二炔的聚合得到具有生物活性的微米尺度的水凝膠,這類具有顯微結(jié)構(gòu)的水凝膠可用于成骨細(xì)胞的培養(yǎng)。Hartgerink課題組研究了含有酶作用位點(diǎn)的兩親性肽自組裝的納米纖維在酶作用下的降解。兩親性肽包括細(xì)胞介導(dǎo)的酶敏感部位(GTAGLIGQ),C端可結(jié)合鈣離子的羧酸以及細(xì)胞黏附配體RGDS。由于肽序列中含有特殊的基質(zhì)金屬蛋白酶切割位點(diǎn),使細(xì)胞可以介導(dǎo)纖維的蛋白質(zhì)分解,從而獲得移動(dòng)的通道。這種兩親性肽可以在鈣離子的誘導(dǎo)下,在生理?xiàng)l件下自組裝成由網(wǎng)狀納米纖維組成的水凝膠,將細(xì)胞包封在內(nèi)。細(xì)胞產(chǎn)生的酶可使水凝膠發(fā)生降解,使細(xì)胞獲得空間進(jìn)行擴(kuò)散和移動(dòng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),一系列支化的頭部含有細(xì)胞黏附功能序列RGDS,尾部連接十六酸的兩親性肽均可在生理溶液或其他相關(guān)溶液(如滑液或DNA等)存在下自組裝形成納米纖維,并進(jìn)一步形成水凝膠。對(duì)肽鏈中的色氨酸進(jìn)行熒光各向異性的檢測(cè)發(fā)現(xiàn),與線性兩親性肽相比,支化的化合物上的色氨酸具有一定的移動(dòng)空間。支化的頭部含有RGDS功能片段的兩親性肽自組裝成的纖維在細(xì)胞黏附以及擴(kuò)散等方面都優(yōu)于線性的兩親性肽,這是由于支化的化合物自組裝體的表面可以提供更多的可黏附細(xì)胞的活性位點(diǎn),并在空間上不是特別緊密堆積,使得體系具有一定的移動(dòng)空間,利于細(xì)胞的接近。這些支化的兩親性肽還可以在PGA組織支架上進(jìn)行自組裝,并在細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境中可保留在PGA支架上,RGDS功能肽片段位于支架表面。研究表明,相對(duì)于線性兩親性肽覆蓋的支架和沒有兩親性肽覆蓋的支架而言,人類的膀胱平滑肌細(xì)胞優(yōu)先選擇黏附在有支化兩親性肽自組裝纖維覆蓋的區(qū)域,這個(gè)體系為膀胱組織的再生提供了理論上的可能。2.4兩親性肽在脂質(zhì)體及細(xì)胞中的協(xié)同作用Ramani等研究了聚(L-組氨酸)與十二烷基苯磺酸復(fù)合物的自組裝。按化學(xué)計(jì)量的多肽與表面活性劑形成的自組裝體為層狀結(jié)構(gòu),具有PolyproⅡ型的左手螺旋結(jié)構(gòu)。這種復(fù)合物形成的自組裝體具有明確的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg),當(dāng)自組裝體升溫至Tg以上再冷卻至原溫度后,原層狀結(jié)構(gòu)中含有磺酸基與肽的酰胺基之間形成的氫鍵作用消失,體系重新排列形成更加有序的結(jié)構(gòu)。Sureshbabu等研究了淀粉樣蛋白β-肽在十二烷基磺酸鈉作用下形成的球狀聚集體結(jié)構(gòu),從而推測(cè)了Aβ1—42與細(xì)胞膜中的磷脂相互作用后構(gòu)象發(fā)生改變的機(jī)制。Imanishi等研究了多肽與磷脂之間的共組裝形成的雙層膜結(jié)構(gòu),疏水的具有α-螺旋構(gòu)型的多肽在磷脂雙層膜中以螺旋軸垂直于雙層膜表面的形式存在。Paramonov等報(bào)道了兩親性肽可以與磷脂分子共組裝形成纖維狀結(jié)構(gòu),當(dāng)磷脂分子的含量(mol%)達(dá)到5%時(shí),所形成凝膠的儲(chǔ)能模量達(dá)到最大值,同時(shí)平均殘基橢圓率也達(dá)到最大值。隨著磷脂分子含量的增加,兩個(gè)值都急劇下降,雖然兩者的混合物在磷脂分子含量達(dá)到75%時(shí)仍能觀察到納米纖維狀自組裝體結(jié)構(gòu),但含量達(dá)到20%時(shí),就已不能形成水凝膠。當(dāng)其含量為5%時(shí),恰好形成了最為穩(wěn)定的β-折疊結(jié)構(gòu),這說明,磷脂分子參與了自組裝,且增加磷脂分子的含量會(huì)破壞β-折疊結(jié)構(gòu),使形成的水凝膠儲(chǔ)能模量下降。這種自組裝形成的水凝膠是依靠疏水相互作用以及氫鍵作用,當(dāng)破壞了氫鍵作用,水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度就隨之減弱。兩親性肽在脂質(zhì)體內(nèi)部通過光引發(fā)也能自組裝形成納米纖維,這種體系有可能將具有生物活性的肽靶向遞送到特殊的組織。Yuwono等研究了末端疏水烷基鏈修飾的兩親性肽催化的二氧化硅納米管的形成。兩親性肽自組裝形成納米纖維,并可以誘導(dǎo)四乙氧基硅烷礦化,形成以肽納米纖維為核,四乙氧基硅烷為殼的復(fù)合納米纖維。經(jīng)過焙燒除去肽后,可形成中空的二氧化硅納米管,這種方法有望擴(kuò)展到其他納米材料的制備中。3影響多媒體自組裝的因素3.1兩親性肽自組裝體pH值或離子強(qiáng)度的改變可以使多肽上的氨基酸側(cè)鏈的電荷性質(zhì)發(fā)生變化,從而對(duì)其自組裝行為產(chǎn)生影響[11,12,13,14,27,29,59,73,86,87,88]。Schneider等報(bào)道了一種肽VKVKVKVKVDPPTKVKVKVKV-NH2(MAX1)的自組裝行為對(duì)溶液pH值的依賴。肽鏈主要由具有高度β-折疊傾向的纈氨酸和賴氨酸組成,在堿性條件下肽鏈9—12位的VDPPT序列采?、颉湫偷姆D(zhuǎn)構(gòu)象,親水性的賴氨酸和疏水性的纈氨酸交替排列,整個(gè)分子具有β-發(fā)夾結(jié)構(gòu),這種分子內(nèi)的折疊結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)分子間自組裝形成水凝膠;在酸性條件下,由于賴氨酸殘基上的氨基被質(zhì)子化而帶電荷,分子間的靜電斥力使這種折疊結(jié)構(gòu)被破壞,不能自組裝成水凝膠。這類水凝膠可用于包封模型藥物分子,通過調(diào)節(jié)多肽的濃度或?qū)﹄男蛄羞M(jìn)行調(diào)整可改變凝膠的孔徑,進(jìn)而調(diào)節(jié)藥物分子的釋放速度。Guler等將模型分子芘共價(jià)連接在兩親性肽的疏水鏈端,在pH=4時(shí)化合物呈現(xiàn)無規(guī)卷曲的狀態(tài),當(dāng)pH=10時(shí),含亮氨酸的兩親性肽自組裝形成納米纖維,將芘分子包封在纖維內(nèi)部,芘分子規(guī)則排列。如果將亮氨酸替換成了脯氨酸,由于失去了分子間氫鍵的作用,不能自組裝成柱狀纖維,只能形成球形膠束,芘分子排列與pH=4時(shí)相同。將RGDS肽序列連接在親水端,將膽固醇或十六酸連接在疏水端,這些兩親性肽與芘混合后都可以自組裝成納米纖維,芘則被包封在纖維內(nèi)部。這個(gè)體系有成為新的疏水性藥物靶向遞送載體的可能。支鏈含有胸腺嘧啶肽核酸的兩親性肽(KK(K～T～T～T～T～T～T～T～K)G～G～G～A～A～A(K)OCC15H31)也能在不同pH值下表現(xiàn)出不同的自組裝行為。當(dāng)pH=4時(shí),肽核酸/兩親性肽溶于水;當(dāng)pH=7時(shí),體系變成由網(wǎng)狀自組裝纖維組成的凝膠態(tài)。帶有胸腺嘧啶的肽核酸與兩親性肽形成的綴合物可自組裝成納米纖維,其中肽核酸部分與互補(bǔ)的寡聚核苷酸結(jié)合,其結(jié)合力比相應(yīng)沒有形成綴合物的肽核酸更強(qiáng)。這種自組裝形成的材料可用于RNA干擾研究,以及mRNA分離和純化等領(lǐng)域。他們還將支化的兩親性肽和線性的兩親性肽用生物素進(jìn)行修飾,研究了它們自組裝形成的納米纖維與親合素之間的相互作用。與線性的兩親性肽形成的纖維相比,支化的兩親性肽形成的纖維由于空間效應(yīng),排列不夠緊密,提供了更多的表位用來結(jié)合親合素受體。Pires等報(bào)道了一種N端和C端分別被氮基三乙酸和兩個(gè)組氨酸修飾的,具有膠原三股螺旋結(jié)構(gòu)的肽在金屬離子誘導(dǎo)下形成的球狀自組裝體。在二價(jià)金屬離子存在下,多肽通過與金屬離子之間的配位作用形成微米級(jí)的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),在金屬離子螯合劑EDTA存在時(shí),該自組裝過程可逆。3.2kvkv-nh2可以溫度對(duì)多肽自組裝體的形成以及自組裝類型的改變起著重要的作用。一般來說,溫度升高將破壞體系中的氫鍵,使自組裝體的構(gòu)象發(fā)生變化,從而影響自組裝體的穩(wěn)定性。Schneider等報(bào)道了MAX1和將MAX1的7,16位上的纈氨基替換成蘇氨酸的兩種肽VKVKVKVKVDPPTKVKTKVKV-NH2(MAX2),VKVKVKTKVDPPTKVKTKVKV-NH2(MAX3)自組裝形成溫敏性的水凝膠。其中MAX3序列在溫度由5℃升至80℃時(shí),分子內(nèi)先發(fā)生折疊,然后自組裝成水凝膠,溫度降至5℃時(shí)又變成非折疊的狀態(tài),過程可逆。當(dāng)7位和16位上的蘇氨酸替換成疏水性更強(qiáng)的纈氨酸后,凝膠化的溫度升高。當(dāng)用L-脯氨酸替換10位的D-脯氨酸后,由于不能形成β-轉(zhuǎn)角構(gòu)象,在相同條件下不能凝膠化。MAX2和MAX1雖然可以凝膠化,但與MAX3相比凝膠化的過程沒有可逆性。Yu等設(shè)計(jì)了含有膠原模型肽序列頭部和雙烷基鏈尾部的兩親性肽,這種肽在水中可自組裝成類似于PolyproⅡ型的三股螺旋結(jié)構(gòu)。氫鍵作用是三股螺旋結(jié)構(gòu)組裝體形成的主要原因,因此自組裝受溫度的影響很大,當(dāng)以疏水烷基鏈修飾后,烷基鏈的疏水相互作用可以大大提高自組裝體的穩(wěn)定性。對(duì)于(Gly-Pro-Hyp)4-[IV-H1]-(Gl