[科普中國]-蛋白冠

蛋白冠（protein corona）是指納米材料進(jìn)入生物環(huán)境之后，如含血清培養(yǎng)基或血液等體液，其表面吸附的一層或多層蛋白所組成的結(jié)構(gòu)（圖1）。盡管隨著研究的深入，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)納米材料在生物環(huán)境中所吸附的不僅僅是蛋白質(zhì)分子，但仍然沿用“蛋白冠”這一術(shù)語來描述納米材料表面的這一層生物結(jié)構(gòu)。

簡介蛋白冠最早在2007年由愛爾蘭都柏林大學(xué)KA Dawson等描述[2]，他們發(fā)現(xiàn)納米顆粒與血清接觸后，納米顆粒表面可以吸附大量的蛋白質(zhì)。蛋白冠的存在可以逆轉(zhuǎn)帶正電荷納米顆粒的電荷狀態(tài)，并且影響納米顆粒在生物環(huán)境中的分散。實際上，細(xì)胞所面對的不是簡單的納米材料本身，而是納米材料與蛋白冠構(gòu)成的一個整體（圖2）。

圖2 蛋白冠的形成對納米材料生物效應(yīng)的影響[3]。

形成原理納米材料的相對比表面積大且具有很高的表面自由能，因此容易吸附蛋白和其它大分子。介導(dǎo)蛋白冠形成的驅(qū)動力主要包括金屬原子（貴金屬納米材料）與巰基之間的相互作用、靜電吸附作用和疏水相互作用等非共價相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，蛋白冠的形成非常迅速，在引入培養(yǎng)基中的30秒內(nèi)，納米材料表面即可以形成蛋白冠結(jié)構(gòu)[4]。

組成蛋白冠由許多種蛋白分子組成。通?？梢岳玫鞍捉M學(xué)的研究方法來鑒定蛋白冠的組成。將納米顆粒表面吸附的蛋白分離后，利用SDS-PAGE和質(zhì)譜等方法可以鑒定蛋白冠中的蛋白組份和比例。根據(jù)與納米顆粒的結(jié)合強(qiáng)弱，蛋白冠可以分為恒定蛋白冠（hard corona）和動態(tài)蛋白冠（soft corona）；其中恒定蛋白冠更貼近于納米顆粒表面，其蛋白組成相對比較穩(wěn)定，不容易與環(huán)境中其它蛋白進(jìn)行相互交換，而動態(tài)蛋白冠相對遠(yuǎn)離納米顆粒表面，其蛋白組成變化較大，所組成的蛋白容易與生物環(huán)境中的其它蛋白或大分子進(jìn)行交換和相互作用[5]。蛋白冠的蛋白組成也隨納米顆粒所處的環(huán)境而發(fā)生變化。當(dāng)納米材料由血清環(huán)境進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，其表面的蛋白組成會發(fā)生變化，但仍然可以部分保留血清環(huán)境中形成的蛋白冠成分，因此有科學(xué)家提出鑒定蛋白冠的組成可以推測納米材料進(jìn)入細(xì)胞的定位過程[6]。

生物效應(yīng)利用熒光標(biāo)記蛋白與納米材料形成的蛋白冠，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)蛋白冠與納米材料一起經(jīng)內(nèi)吞途徑進(jìn)入細(xì)胞。進(jìn)入細(xì)胞后，蛋白冠在溶酶體內(nèi)降解[7-8]。蛋白冠的存在可以有效介導(dǎo)細(xì)胞對納米材料的吞噬，并緩解正電性納米材料的急性細(xì)胞毒性[8]。蛋白冠中蛋白的糖基化修飾可以介導(dǎo)納米材料與細(xì)胞之間的相互作用，如影響細(xì)胞內(nèi)吞和相關(guān)信號通路等[9]。蛋白冠的形成可以影響納米材料的特性，如蛋白冠的存在可以阻礙轉(zhuǎn)鐵蛋白修飾納米顆粒的靶向作用[10]。對納米材料進(jìn)行修飾后，如利用聚乙二醇修飾納米材料，可以有效減少納米材料表面蛋白的吸附，保持納米材料的靶向性[11]。另外，納米材料本身可以誘導(dǎo)所吸附蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而介導(dǎo)不同的生物效應(yīng)[12] 。

研究意義研究蛋白冠有助于深入理解納米材料在生物應(yīng)用中發(fā)揮功能的過程和機(jī)理，從而通過調(diào)控蛋白冠來降低納米材料引起的負(fù)面作用及改善納米材料在生物醫(yī)藥應(yīng)用中的功效。