摘要 ：有些天然蛋白質(zhì)可通過(guò)錯(cuò)誤折疊形成淀粉樣纖維，并進(jìn)一步沉積導(dǎo)致淀粉樣病變，被認(rèn)為是許多重大人類(lèi)疾病的病理基礎(chǔ)，因此，闡明天然蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊、聚集形成淀粉樣纖維的分子機(jī)制，是預(yù)防、診斷和治療相關(guān)疾病的關(guān)鍵。研究者們從天然蛋白質(zhì)中鑒定出許多能夠形成淀粉樣纖維的關(guān)鍵短肽片段，即淀粉樣短肽，對(duì)它們形成淀粉樣纖維的能力及其在完整蛋白質(zhì)聚集過(guò)程中的決定性作用進(jìn)行深入研究， 本文對(duì)近年來(lái)人類(lèi)疾病相關(guān)淀粉樣短肽的研究展開(kāi)綜述。首先，介紹鑒定淀粉樣短肽的標(biāo)準(zhǔn)及其相應(yīng)的研究方法和技術(shù)手段，并回顧近年來(lái)與一些重大人類(lèi)疾病相關(guān)的淀粉樣短肽，尤其是與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)淀粉樣短肽的進(jìn)展情況，對(duì)淀粉樣短肽中出現(xiàn)頻率較高的氨基酸殘基及其可能的自組裝原理進(jìn)行總結(jié)分析。最后，展望這些淀粉樣短肽作為靶點(diǎn)在相關(guān)疾病診斷和治療方面的意義，并初步探討它們作為新型生物材料在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用前景，本文一方面為闡明天然蛋白質(zhì)形成淀粉樣沉淀的分子機(jī)制提供參考，另一方面也為相關(guān)疾病的治療提供思路，同時(shí)也為新型生物材料的開(kāi)發(fā)提出潛在的可能性。
淀粉樣纖維是一類(lèi)特殊的由天然蛋白質(zhì)聚集形成的納米纖維結(jié)構(gòu)，最早進(jìn)入人們的視野是由于它們與人類(lèi)疾病的發(fā)生有著密切聯(lián)系，現(xiàn)已證實(shí)，人體中的某些蛋白質(zhì)能夠在一定條件下發(fā)生構(gòu)象變化，通過(guò)異常的聚集形成淀粉樣纖維，并進(jìn)一步在組織中沉積形成不溶性的淀粉樣斑塊，最終導(dǎo)致淀粉樣病變的發(fā)生， 這一病變過(guò)程不但使蛋白質(zhì)喪失原有的正常功能，也造成所在組織周?chē)募?xì)胞死亡，被認(rèn)為是誘發(fā)許多人類(lèi)疾病的關(guān)鍵因素。目前已知，至少有20多種人類(lèi)疾病的發(fā)生與淀粉樣纖維的形成密切相關(guān)，其中包括阿茲海默癥[１]、帕金森癥[２]、肌萎縮側(cè)索硬化[３] 等神經(jīng)退行性疾病，以及糖尿病和動(dòng)脈粥樣硬化等常見(jiàn)的老年疾病[４]，這些疾病發(fā)生的具體機(jī)制目前仍不清楚，并且一旦發(fā)生很難逆轉(zhuǎn)，給現(xiàn)代老齡化社會(huì)造成沉重的負(fù)擔(dān)，因此，研究蛋白質(zhì)形成淀粉樣纖維的分子機(jī)制，從而進(jìn)一步闡明相關(guān)疾病發(fā)生的機(jī)制，對(duì)于淀粉樣病變相關(guān)疾病的預(yù)防、診斷和治療有著十分重要的意義。
除了與疾病相關(guān)的淀粉樣纖維，近年陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些與人類(lèi)疾病發(fā)生無(wú)關(guān)的蛋白質(zhì)也能在一定條件下形成淀粉樣纖維[5,6]，甚至自然界中還存在一些功能性的淀粉樣纖維，例如細(xì)菌的菌毛和黑色素體中的PMEL17蛋白[7]，這些情況表明，蛋白質(zhì)形成淀粉樣纖維是自然界一個(gè)普遍存在的現(xiàn)象，研究蛋白質(zhì)在天然狀態(tài)下形成淀粉樣纖維的分子機(jī)制，也是闡明其結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也能為我們開(kāi)發(fā)新型納米纖維材料帶來(lái)啟發(fā)。
近年來(lái)，在許多與人類(lèi)疾病相關(guān)的形成淀粉樣纖維的蛋白質(zhì)中，都鑒定出這樣的短肽片段。這些來(lái)自不同蛋白質(zhì)的短肽片段在序列特征上體現(xiàn)出一定的相似性，也為進(jìn)一步闡明完整蛋白質(zhì)形成淀粉樣纖維的機(jī)制提供了思路。本文將主要針對(duì)從各種人類(lèi)疾病相關(guān)淀粉樣蛋白中發(fā)現(xiàn)的短肽展開(kāi)綜述，以期為最終闡明淀粉樣纖維形成的分子機(jī)制，并指導(dǎo)相關(guān)疾病的預(yù)防、診斷和治療提供有用的線索。
１ 淀粉樣短肽的鑒定
在淀粉樣病變中，宏觀上表現(xiàn)為淀粉樣斑塊的病理性沉積，在微觀上是由蛋白質(zhì)異常聚集形成的納米級(jí)淀粉樣纖維纏結(jié)而成。目前，淀粉樣纖維的檢測(cè)主要用以下典型特征為指標(biāo):外形為直徑約10nm，光滑不分叉的納米纖維，組成淀粉樣纖維的蛋白質(zhì)或短肽呈典型的β折疊二級(jí)結(jié)構(gòu)，經(jīng)剛果紅染色時(shí)，淀粉樣纖維在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)出黃綠色的雙折射光，淀粉樣纖維與硫磺素T結(jié)合時(shí)，會(huì)在495nm附近出現(xiàn)特征性的熒光峰。目前，上述特征已成為鑒定淀粉樣纖維的金標(biāo)準(zhǔn)[9]，而從天然蛋白質(zhì)的序列中鑒定淀粉樣短肽的首要標(biāo)準(zhǔn)，就是這些短肽要能夠自組裝形成具有上述特征的淀粉樣纖維。
此外，研究淀粉樣短肽的聚集行為，最終的目的是研究其完整蛋白質(zhì)異常聚集導(dǎo)致疾病的機(jī)制， 因此，一個(gè)有研究?jī)r(jià)值的淀粉樣短肽，不僅自身能夠聚集形成淀粉樣纖維，還能對(duì)其所在蛋白質(zhì)的聚集行為發(fā)揮重要的作用， 例如，淀粉樣短肽片段的缺失或突變，能夠在一定程度上破壞該蛋白質(zhì)的聚集行為。
文獻(xiàn)中通常把具有上述兩個(gè)特點(diǎn)，來(lái)自天然蛋白質(zhì)的、長(zhǎng)度為幾個(gè)到十幾個(gè)氨基酸殘基的短肽片段稱(chēng)為淀粉樣短肽，這些短肽目前已成為淀粉樣病變相關(guān)疾病領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此外，也有一些人為設(shè)計(jì)的短肽片段，其能夠自組裝形成具有典型淀粉樣纖維特征的納米纖維，有時(shí)也被稱(chēng)為淀粉樣短肽。
２ 研究淀粉樣短肽的方法
除了上述成熟的技術(shù)手段，淀粉樣短肽的研究同時(shí)也得益于日漸成熟的多肽固相合成技術(shù)，研究完整蛋白質(zhì)形成淀粉樣纖維的機(jī)制，通常需要構(gòu)建相應(yīng)蛋白質(zhì)的表達(dá)載體，在原核或真核系統(tǒng)中進(jìn)行表達(dá)純化，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且很難獲得高純度的蛋白質(zhì)進(jìn)行研究，而常見(jiàn)的淀粉樣短肽序列，長(zhǎng)度多在幾個(gè)至十幾個(gè)氨基酸殘基之間，因此非常容易利用多肽固相合成技術(shù)，獲得高純度的短肽進(jìn)行研究。此外，計(jì)算機(jī)輔助的分析技術(shù)，例如分子動(dòng)力學(xué)模擬，也在近年來(lái)被廣泛用于對(duì)淀粉樣短肽的聚集行為進(jìn)行模擬分析[10].在這些成熟而先進(jìn)的技術(shù)的支持下，淀粉樣短肽的研究一直是近年來(lái)國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。
３ 各種疾病中的淀粉樣短肽
3.1 神經(jīng)退行性疾病中的淀粉樣短肽
在各種疾病相關(guān)淀粉樣纖維的研究中，與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的淀粉樣纖維是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。而在目前已報(bào)道的淀粉樣短肽中，研究得最多的是與阿茲海默癥相關(guān)的淀粉樣短肽Aβ16-22。阿茲海默癥是目前最流行的神經(jīng)退行性疾病，其發(fā)病機(jī)制與患者腦部淀粉樣多肽Aβ1-42異常聚集，并形成淀粉樣斑塊密切相關(guān)，在圍繞淀粉樣多肽Aβ1-42聚集形成淀粉樣纖維的分子機(jī)制進(jìn)行的大量研究中，發(fā)現(xiàn)該多肽中由第16位至22位氨基酸殘基組成的一個(gè)7肽片段KLVFFAE (即Aβ16-22)能夠自組裝形成以β折疊為基礎(chǔ)的淀粉樣纖維，在Aβ1-42的異常聚集過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[11]。最近的研究報(bào)道表明，Aβ1-42中由第25位至40位氨基酸殘基組成的片段Aβ25-40，也具有形成淀粉樣纖維的能力，可能對(duì)Aβ1-42的聚集也發(fā)揮了重要作用[12]，最近有研究發(fā)現(xiàn)，相比于形成淀粉樣纖維，Ａβ 形成的寡聚體反而是細(xì)胞毒性更強(qiáng)的聚集狀態(tài)，而形成淀粉樣纖維有可能是降低淀粉樣聚集物細(xì)胞毒性的一種自我保護(hù)機(jī)制[13]，因此，將來(lái)對(duì)于 Ａβ 中這兩個(gè)關(guān)鍵片段的研究，也應(yīng)該更多關(guān)注它們?cè)诠丫垠w形成過(guò)程中的作用。
帕金森癥是繼阿茲海默癥之后的第二大神經(jīng)退行性疾病，其病理特征表現(xiàn)為患者腦部大量Lewy小體的形成和產(chǎn)多巴胺能神經(jīng)元的死亡�，F(xiàn)已證實(shí)，Lewy小體的主要成份是由140個(gè)氨基酸殘基組成的α-突觸核蛋白通過(guò)異常聚集形成的淀粉樣纖維，該蛋白質(zhì)中由第61-95位氨基酸組成的非β淀粉樣肽(NAC) 區(qū)域含有大量疏水性氨基酸殘基，被認(rèn)為是形成β折疊和淀粉樣纖維的主要區(qū)域[14]，另有研究表明，α-突觸核蛋白中第67至78位氨基酸殘基組成的片段，對(duì)淀粉樣纖維的形成及其對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的毒性發(fā)揮關(guān)鍵作用[15]。
肌萎縮側(cè)索硬化 (ALS)是一種破壞患者神經(jīng)細(xì)胞，并導(dǎo)致肌肉逐漸無(wú)力和萎縮的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，通常與額顳葉型失智癥(FTD)合并發(fā)作，因此兩者很可能具有統(tǒng)一的發(fā)病機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，反式激活反應(yīng)DNA結(jié)合蛋白 (TDP-43)可形成泛素化的包涵體在細(xì)胞內(nèi)沉積，引起肌萎縮側(cè)索硬化和額顳葉型失智癥的發(fā)生，因此TDP-43發(fā)生異常聚集的分子機(jī)制也是研究者們關(guān)注的重點(diǎn)， 最近，Kumar等[16] 從TDP-43序列里鑒定出３個(gè)能夠在體外自發(fā)聚集形成淀粉樣纖維的片段:GTVLLSTV、GEVLMVQV和DLIIKGIS，這些片段很可能主導(dǎo)了全長(zhǎng)TDP-43蛋白在體內(nèi)的聚集行為。
亨廷頓舞蹈病是一種罕見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病，以影響運(yùn)動(dòng)功能為主，同時(shí)也會(huì)漸進(jìn)性地導(dǎo)致認(rèn)知和精神方面的障礙，亨廷頓舞蹈病的發(fā)生被認(rèn)為是由3144個(gè)氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)Hungtingtin的突變和聚集導(dǎo)致的，位于該蛋白質(zhì)N末端的重復(fù)谷氨酰胺序列(polyglutamine)是蛋白質(zhì)發(fā)生異常聚集的關(guān)鍵序列，研究表明，該序列中谷氨酰胺的數(shù)目越多，Hungtingtin越容易發(fā)生聚集[17]。
在上述這些神經(jīng)退行性疾病中，淀粉樣沉淀從蓄積到致病是一個(gè)長(zhǎng)期和緩慢的過(guò)程，早期極難發(fā)現(xiàn)，而一旦發(fā)病之后又難以逆轉(zhuǎn)，因此，研究這些疾病的發(fā)生機(jī)制是當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)非常熱門(mén)的研究領(lǐng)域，而這些疾病中相應(yīng)淀粉樣短肽的研究，也因其在揭示淀粉樣沉淀形成的分子機(jī)制方面的重要意義，受到廣泛的重視。
3.2 其他疾病相關(guān)淀粉樣短肽
胰島淀粉樣多肽是含有37個(gè)氨基酸殘基的多肽激素，具有調(diào)節(jié)糖代謝等多種生物學(xué)作用，已有研究表明，胰島淀粉樣多肽在胰島中的異常沉積與II型糖尿病的發(fā)生密切相關(guān)，對(duì)其序列的深入研究發(fā)現(xiàn)，胰島淀粉樣多肽中的一個(gè)NFGAIL片段，能夠在體外自組裝形成典型的淀粉樣纖維，在該多肽發(fā)生淀粉樣聚集的過(guò)程中發(fā)揮決定性作用[18]
人胱抑素( cystatin)C是由120個(gè)氨基酸殘基組成的小分子蛋白質(zhì)，屬于胱抑素家族，廣泛存在于人體各個(gè)部位的細(xì)胞和體液中，胱抑素C通過(guò)抑制半胱氨酸蛋白酶活性，在許多正常生理活動(dòng)中發(fā)揮調(diào)控作用，在病理?xiàng)l件下，胱抑素C在腦部動(dòng)脈血管中形成淀粉樣沉積，堵塞血管，嚴(yán)重時(shí)甚至誘發(fā)危及生命的腦溢血，研究表明，胱抑素C中序列為L(zhǎng)QVVR的五肽片段能夠形成淀粉樣纖維，在該蛋白質(zhì)的異常聚集過(guò)程中發(fā)揮重要作用[19]
此外，精液來(lái)源的病毒感染增強(qiáng)子 (SEVI)能夠通過(guò)淀粉樣纖維的形成增加HIV病毒的感染力[20]，胰島素在儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)生淀粉樣聚集會(huì)影響其藥效[21]。在這些蛋白質(zhì)中，同樣發(fā)現(xiàn)能夠形成淀粉樣纖維的短肽片段，這些短肽為進(jìn)一步理解蛋白質(zhì)發(fā)生異常聚集的分子機(jī)制提供重要的線索，Table1概括了上述淀粉樣短肽的來(lái)源及其氨基酸序列。
４ 淀粉樣短肽中的常見(jiàn)氨基酸
上述從不同蛋白質(zhì)中鑒定出來(lái)的淀粉樣短肽，雖然在具體的序列上仍然各不相同，但是通過(guò)分析它們含有的氨基酸殘基及其性質(zhì)，不難發(fā)現(xiàn)其中有一些出現(xiàn)頻率較高的氨基酸殘基，這些氨基酸殘基所具有的特殊性質(zhì)，有望成為解釋不同的短肽如何形成具有相似特征的淀粉樣纖維的關(guān)鍵線索。
4.1 疏水性氨基酸
疏水作用作為蛋白質(zhì)和多肽自發(fā)聚集的原始驅(qū)動(dòng)力之一，在淀粉樣纖維的形成過(guò)程中發(fā)揮重要作用。蛋白質(zhì)序列中的疏水區(qū)是其發(fā)生淀粉樣聚集的主要區(qū)域，這已是共識(shí)[22]，Table的內(nèi)容顯示，目前已報(bào)道的從各種天然淀粉樣蛋白質(zhì)中鑒定出來(lái)的關(guān)鍵短肽片段，幾乎都是以丙氨酸 (Ａ)、 纈氨酸(Ｖ)、亮氨酸(Ｌ)、異亮氨酸(Ｉ)、苯丙氨酸(Ｆ)、甲硫氨酸(Ｍ)等疏水性氨基酸為主，另一方面，在我們以往研究中，人工設(shè)計(jì)的一些能夠自組裝形成淀粉樣纖維的納米短肽材料，也是由大量連續(xù)的疏水性氨基酸殘基所組成[23,24]，由此認(rèn)為，疏水性氨基酸，尤其是連續(xù)的疏水性氨基酸片段，是淀粉樣短肽的一個(gè)重要特征，是否含有足夠的疏水性氨基酸，是預(yù)測(cè)一個(gè)短肽序列能否形成淀粉樣纖維的重要指標(biāo)，同時(shí)也是闡明天然蛋白質(zhì)異常聚集分子機(jī)制的重要線索。
4.2 甘氨酸(Ｇ)
甘氨酸雖然通常被歸類(lèi)為親水性的氨基酸，但是由于其側(cè)鏈為不可解離的-Ｈ，其性質(zhì)其實(shí)是介于親水和疏水之間的，此外，甘氨酸也是側(cè)鏈最小和最具柔韌性的氨基酸，在短肽和蛋白質(zhì)發(fā)生構(gòu)象變化導(dǎo)致聚集的過(guò)程中，能夠提供柔韌性連接而促進(jìn)聚集的發(fā)生，在自然界中，形成高強(qiáng)度纖維的蛛絲蛋白，在其核心區(qū)域就含有大量重復(fù)的甘氨酸序列[25]，在設(shè)計(jì)功能化的自組裝短肽納米纖維材料時(shí)，甘氨酸也常被用作自組裝片段和功能片段之間的連接元件[26]，而分析目前已研究的淀粉樣短肽，不難發(fā)現(xiàn)甘氨酸也大量出現(xiàn)在這些短肽序列中(Table1)，表明甘氨酸在短肽自組裝形成淀粉樣纖維的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。
4.3 苯環(huán)結(jié)構(gòu)
在常見(jiàn)的疏水性氨基酸中，苯丙氨酸在短肽的淀粉樣聚集中發(fā)揮著尤其重要的作用，這是因?yàn)槌吮旧硎鞘杷詷O強(qiáng)的氨基酸之外，苯丙氨酸側(cè)鏈中的苯環(huán)結(jié)構(gòu)還能提供 π-π 堆積作用，為短肽的聚集提供額外的驅(qū)動(dòng)力，有研究表明，將KLVFFAE中的苯丙氨酸替換為同樣是疏水性氨基酸的丙氨酸后，其聚集形成淀粉樣纖維的能力減弱[27]，此外，酪氨酸雖然不是典型的疏水性氨基酸，在淀粉樣纖維的形成中也發(fā)揮重要的作用，例如有研究表明，α-突觸核蛋白第39位的酪氨酸，可因?yàn)槠鋫?cè)鏈中苯環(huán)結(jié)構(gòu)的存在，為短肽的聚集提供π-π堆積作用[28]。
4.4 谷氨酰胺(Ｑ)
誘導(dǎo)短肽發(fā)生淀粉樣聚集的另一個(gè)重要的氨基酸是谷氨酰胺，雖然谷氨酰胺通常被認(rèn)為是親水性氨基酸，但是目前發(fā)現(xiàn)的許多蛋白質(zhì)或短肽的淀粉樣聚集行為，都與谷氨酰胺密切相關(guān)，在引起亨廷頓舞蹈病的Huntingtin蛋白中，其N(xiāo)端多聚谷氨酰胺重復(fù)序列被認(rèn)為是聚集發(fā)生的重要元件[17]，在來(lái)自酵母Sup35蛋白的GNNQQNY淀粉樣短肽中，也有2個(gè)谷氨酰胺參與短肽自組裝的發(fā)生[29]。 在 α-突觸核蛋白中，當(dāng)?shù)?0位的組氨酸突變?yōu)楣劝滨０窌r(shí)，該蛋白質(zhì)發(fā)生聚集的能力明顯提高[30-31]。這些研究結(jié)果提示，谷氨酰胺在淀粉樣聚集的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，這與谷氨酰胺側(cè)鏈末端的酰胺基之間可形成氫鍵，誘導(dǎo)自組裝的發(fā)生有關(guān)[32].我們最近的研究發(fā)現(xiàn)，雖然谷氨酰胺是親水性氨基酸，其側(cè)鏈上的二亞甲基是具有一定疏水性的基團(tuán)， 這種局部的疏水性，同樣在誘導(dǎo)短肽的淀粉樣聚集中發(fā)揮著不容忽視的作用[33]。
５ 研究淀粉樣短肽的意義和應(yīng)用
5.1 相關(guān)疾病的預(yù)防和治療
針對(duì)來(lái)自天然蛋白質(zhì)的淀粉樣短肽展開(kāi)研究，闡明它們形成淀粉樣纖維的分子機(jī)制，有助于分析其所在的完整蛋白質(zhì)形成淀粉樣纖維的原理，從而最終闡明相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制，為這些疾病的預(yù)防、診斷和治療提供理論基礎(chǔ)，另一方面，在證實(shí)淀粉樣短肽對(duì)于完整蛋白質(zhì)形成淀粉樣纖維的重要性之后，也可針對(duì)這些短肽開(kāi)展進(jìn)一步的研究，在相關(guān)疾病的預(yù)測(cè)和治療方面發(fā)揮作用。
鑒定出天然蛋白質(zhì)形成淀粉樣纖維過(guò)程中的關(guān)鍵短肽序列后，可以進(jìn)一步鑒定出最關(guān)鍵的氨基酸殘基，并通過(guò)對(duì)該殘基的修飾來(lái)調(diào)控淀粉樣纖維的形成。例如Godin等[34] 報(bào)道，IAPP第21位的天冬氨酸對(duì)淀粉樣纖維的形成及其細(xì)胞毒性發(fā)揮重要的調(diào)控作用,將其替換為苯丙氨酸后,該多肽能夠破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性,引起β細(xì)胞凋亡，這一發(fā)現(xiàn)為預(yù)測(cè)II型糖尿病高風(fēng)險(xiǎn)基因突變提供理論指導(dǎo)。Xiong等[12]發(fā)現(xiàn)，將淀粉樣多肽Aβ1-42第32位的異亮氨酸替換為丙氨酸,其形成淀粉樣纖維的能力顯著減弱，這也為今后用基因編輯的方法預(yù)防和治療阿茲海默癥的發(fā)生提供了可能。
在發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)中的關(guān)鍵淀粉樣短肽序列后，也能針對(duì)該序列來(lái)設(shè)計(jì)和篩選相應(yīng)的抑制劑，從而抑制其淀粉樣纖維的形成，并有望開(kāi)發(fā)出抑制相應(yīng)完整蛋白質(zhì)異常聚集的藥物，例如，在Mao等[35],研究中，一系列人工設(shè)計(jì)合成的短肽被用于抑制IAP11-20片段淀粉樣聚集的發(fā)生，在Katyal等[29]研究中，海藻糖被用于抑制GNNQQNY粉樣聚集的發(fā)生,Chen等[36] 最近的研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯能夠抑制淀粉樣短肽Aβ33-42的聚集，這些研究，有望為將來(lái)開(kāi)發(fā)針對(duì)淀粉樣病變的小分子藥物提供思路。
5.2 納米生物材料的開(kāi)發(fā)
此外，模擬天然形成淀粉樣纖維的短肽序列，某些能夠形成納米纖維結(jié)構(gòu)的短肽，也被設(shè)計(jì)作為新型納米生物材料，在納米醫(yī)學(xué)、納米技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮其作用。例如Tang等[37] 設(shè)計(jì)了一系列形成淀粉樣纖維的5肽，能夠快速形成可注射的水凝膠，在裝載細(xì)胞開(kāi)展組織工程應(yīng)用方面顯示出巨大的潛力，人工設(shè)計(jì)的KFFEAAAKKFFE可形成典型的淀粉樣纖維，并作為模板來(lái)制備一維硅納米線[38]，我們最近的研究發(fā)現(xiàn)，以連續(xù)的疏水性氨基酸殘基為主體設(shè)計(jì)的短肽A6K也能形成典型的淀粉樣纖維，并可作為疏水藥物的載體，提高其在水溶液中的穩(wěn)定性[39]，這些研究表明，除了在相關(guān)疾病中的理論意義，淀粉樣短肽也可能成為一類(lèi)新型的生物材料，開(kāi)發(fā)這些淀粉樣短肽在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的潛在實(shí)用價(jià)值，也是一個(gè)值得關(guān)注的發(fā)展方向。
６ 問(wèn)題與展望
綜上所述，目前已經(jīng)從許多天然蛋白質(zhì)里發(fā)現(xiàn)了重要的淀粉樣短肽序列，并對(duì)其進(jìn)行了深入研究，這些淀粉樣短肽通常含有較多的疏水性氨基酸，在疏水作用、π-π 堆積作用和氫鍵等分子間非共價(jià)作用力的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)短肽β折疊二級(jí)結(jié)構(gòu)相互聚集，從而形成典型的淀粉樣纖維，研究這些淀粉樣短肽的自組裝機(jī)制，有助于進(jìn)一步闡明其所在天然蛋白質(zhì)形成淀粉樣纖維的分子機(jī)制。然而，淀粉樣短肽的研究也有其自身的問(wèn)題和局限性，例如，完整蛋白質(zhì)如何基于這些關(guān)鍵的短肽序列形成淀粉樣纖維，目前仍然缺乏一個(gè)充分合理的解釋?zhuān)送猓鞍踪|(zhì)的異常聚集也不完全由序列本身決定，特定位點(diǎn)的修飾也會(huì)影響異常聚集的發(fā)生，例如，一些氨基酸位點(diǎn)的異常修飾會(huì)導(dǎo)致聚集的發(fā)生[40]，而另一些修飾，如糖基化修飾，會(huì)降低Ａβ的聚集程度，導(dǎo)致毒性更強(qiáng)的寡聚體的生成[41]，因此，圍繞已知的淀粉樣短肽，仍然有大量的尚未清楚的機(jī)制值得進(jìn)一步探索，在引起淀粉樣病變的蛋白質(zhì)中，仍然有許多未知的淀粉樣短肽需要去發(fā)掘，除了淀粉樣短肽本身的氨基酸序列，蛋白質(zhì)的修飾也是值得關(guān)注的重點(diǎn)， 這些工作將為最終闡明天然蛋白質(zhì)形成淀粉樣纖維的分子機(jī)制奠定基礎(chǔ)，另一方面，淀粉樣短肽形成的納米纖維，也可被作為一類(lèi)天然的納米生物材料，在眾多領(lǐng)域發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值。
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