华东理工大学刘润辉教授课题组：快速NCA聚合制备蛋白保护功能氨基酸聚合物

来源：CBG资讯

蛋白被广泛用于生化实验研究和疾病治疗等方面，而天然蛋白质会在冷冻、脱水、干燥等极端的条件下发生聚集、变性，导致活性降低、所需的剂量增加。为维持蛋白在极端条件下的稳定性，很多蛋白保护剂应运而生，例如氨基酸、糖类、表面活性剂、脂质体、聚合物等，但仍有一些蛋白在冻干这一条件下会失去大部分活性。因此急需找到一种价格低廉、有效、无毒、可降解的保护剂，以保护冻干过程中的蛋白质。近日，华东理工大学刘润辉教授课题组通过LiHMDS快速NCA开环聚合的方法合成的氨基酸聚合物，可以在冻干过程中保护β-半乳糖苷酶（β-Gal），使其相对于原始蛋白的活性从未加保护剂的40％提高至80％。这一成果于近期发表在Biomaterials Science上（DOI: 10.1039/C9BM00484J）。 

为找到在冻干过程中仍有效保护蛋白的保护剂，该研究应用自己课题组近期报道的LiHMDS引发快速NCA快速聚合方法（Nat. Commun. 2018, 9, 5297）合成并研究了L-谷氨酸均聚物及L-谷氨酸和L-赖氨酸共聚物的蛋白保护功能，取得了初步成果。本研究中，科研人员合成了一系列不同链长及内部单元不同比例的氨基酸聚合物。这些聚合物具有良好的生物相容性，有望作为蛋白保护剂；聚合反应最快可在5分钟内完成、并且操作简单，适合于平行样品分子的制备，便于快速筛选合适的蛋白保护剂。

在本研究中，生物活性综合评价最好的氨基酸聚合物聚L-谷氨酸（PLG）在冻干条件下，具有良好的蛋白保护效果，且对NIH3T3成纤维细胞具有低细胞毒性以及对人血红细胞低溶血活性。冷冻循环后β-Gal的活性显示（图1），不同链长的氨基酸聚合物PLG1（41 mer）、PLG2（58 mer）、PLG3（150 mer）、PLG4（270 mer）在保护蛋白方面没有显著的差异，对蛋白都有很好的保护效果。而未被保护的蛋白在经历冷冻循环后活性只剩下40%；加入聚合物后，活性明显提升至80%，保护效果非常明显。细胞毒性测试与溶血活性测试显示（图2）PLG的链长对细胞毒性及溶血活性均没有影响，表明PLG是一种有潜力用于体内保护蛋白的保护剂。此外，DLS与TEM表征表明在冻干后蛋白出现明显团聚现象，且粒径变大；有保护剂PLG的情况下，蛋白基本保持自然分散状态，蛋白活性得到明显保护。这表明，氨基酸聚合物PLG在冻干过程中可以阻止蛋白聚集，从而维持蛋白的活性（图3）。

图1. 冷冻循环后β-Gal的活性

（来源：Biomaterials Science）

图2. 不同链长PLG聚合物的（a）细胞毒性测试、（b）溶血活性测试

（来源：Biomaterials Science）

图3. 聚合物冻干过程中保护蛋白示意图