纳米盘技术在临床医学领域研究新进展
发布时间：2021-02-11 21:03
膜蛋白功能广泛,参与多种细胞活动,如细胞增殖分化、信号转导、物质运输等,近年来一直是生物医学领域研究热点之一.膜蛋白天然构象的稳定是维持其生物活性的关键因素,新型纳米材料纳米盘技术采用两亲膜支架蛋白在水相中稳定磷脂分子,进而自组装形成类似于天然磷脂双分子层的盘状结构,为膜蛋白的研究提供了理想平台.与传统拟膜技术相比,纳米盘具有可溶性强、稳定性佳、尺寸可控、生物相容性高、半衰期长等优点,同时可精准设计选择性靶向,应用优势巨大.本文介绍了纳米盘技术在膜蛋白结构与功能研究中的应用,并重点综述其在临床医学领域中的研究新进展,如纳米盘作为疏水性药物和抗肿瘤靶向治疗药物的运输载体,具有载药率高、药物可控释、靶向运载能力等优势,作为小分子蛋白质的拟膜环境对目标蛋白的亲和固定性和作为高密度脂蛋白的有效补充在心血管疾病中清除胆固醇具有高效性和可控性等.综上,纳米盘技术能够为未来膜蛋白相关研究以及其他临床疾病的诊断与治疗提供新方法与新思路.
【文章来源】：生物化学与生物物理进展. 2020,47(12)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
利用纳米盘纯化膜蛋白的两种途径
脂蛋白是血液中脂肪或胆固醇等脂溶性化合物的内源性载体，具有明确的结构和多种生物学功能，在脂质代谢中起主导作用，因而在动脉粥样硬化病变的预防和逆转中也有巨大的研究意义.HDL颗粒是最小的一组脂蛋白颗粒，主要具有抗动脉粥样硬化的保护作用，其潜在的保护机制依赖于HDL可以在ABCA1 (ATP-binding cassette transporter A1）与ABCG1 (ATP-binding cassette transporter G1）依赖机制下从外周组织中去除多余胆固醇[53].具体过程以充满脂质的巨噬细胞为例，Apo A-1在肝脏和肠内以无脂形式合成，通过肝细胞ABCA1转运蛋白与磷脂和胆固醇迅速脂化，形成新生盘状HDL.在外周组织中，新生的HDL颗粒通过巨噬细胞ABCA1和ABCG1转运蛋白吸收游离胆固醇，经卵磷脂-胆固醇酰基转移酶（lecithin cholesterol acetyltransferase,LCAT）酯化形成球形HDL3.成熟的HDL3粒子形成，可以转化为HDL2被肝脏吸收，也可能被内皮或肝脂肪酶修饰[52]（图2），上述生理过程明确后经进一步的脂质组学和蛋白质组学研究发现，血液HDL水平与心血管疾病发生的风险呈负相关，这使得人们普遍接受HDL血清浓度有助于预防心血管疾病的理论.与这些发现相一致，许多提高循环HDL水平的治疗方法一直是药学研究的焦点.然而，很快研究者们发现仅仅增加循环中的HDL颗粒数量远远不足以显著治疗心血管疾病，还应注重提高加入循环中HDL的功能性，如HDL颗粒的大小和形态变化能力.纳米盘的组成和物理化学参数可以很容易地进行化学调节和操纵，通过反复实验调整其尺寸、均匀性，使得清除胆固醇效率达到最佳状态，从而能够有效减少动物模型中动脉粥样硬化改变，并已在治疗心血管疾病的一些早期动物实验中得到验证[54].例如，在兔血管炎症模型中，每日向血管中输注嵌入二棕榈酰基-磷脂酰胆碱（dipalmitoylphosphatidylcholine,DPPC）的纳米盘制剂成功地抑制了中性粒细胞浸润和黏附分子的表达，进而减少炎症和致动脉粥样硬化的过程.将磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine,PS）嵌入纳米盘对动脉粥样硬化小鼠模型进行输注，检测结果显示血浆炎症生物标记IL-6与TNFα水平以及细胞间黏附分子水平均有降低，另一方面也反映出纳米盘与PS特异性受体的相互作用可能间接有助于PS的抗炎作用.目前，利用ApoA-1及脂质成分结合的纳米盘在抗动脉硬化方向的应用已经取得了一些有代表性的研究成果（表1).Jomard等[53]报道的几例最新研究显示，负载他汀类药物的纳米盘可将辛伐他汀传递到动脉粥样硬化斑块以抑制炎症.在Apo E-/小鼠动脉粥样硬化模型体内观察到，由于他汀类药物纳米盘的抗炎作用，巨噬细胞的存活率降低，在一周高剂量治疗后，使用gd标记颗粒的NMR观察到炎症显著减少，而3个月低剂量治疗通过直接靶向斑块巨噬细胞能够抑制斑块炎症.在另一个例子中，血管活性心脏保护药物丹参酮ⅡA (TanshinoneⅡA）纳入圆盘状纳米盘中注射进入动脉粥样硬化新西兰兔模型后，进入体内的盘状纳米盘被酶解重塑为球形纳米盘，丹参酮ⅡA经纳米盘承载后能更加迅速地作用于动脉粥样硬化斑块内的泡沫细胞，表现出较强的抗动脉粥样硬化作用.这些结果表明使用纳米盘结合降脂药物的抗增生性治疗策略为动脉粥样硬化中的炎症打开了一个新的治疗窗口.
【参考文献】：
期刊论文
[1]FET-based nanobiosensors for the detection of smell and taste[J]. Dongseok Moon,Yeon Kyung Cha,So-ong Kim,Seongyeon Cho,Hwi Jin Ko,Tai Hyun Park. Science China（Life Sciences）. 2020(08)
[2]Total ionizing dose effects on graphene-based charge-trapping memory[J]. Kai XI,Jinshun BI,SANDip MAJUMDAR,Bo LI,Jing LIU,Yannan XU,Ming LIU. Science China（Information Sciences）. 2019(12)
[3]生物复杂环境下的核磁共振技术和应用:机遇与挑战并存[J]. 刘重旭,王玉娟,喻志武,王俊峰. 科学通报. 2019(08)
[4]A new approach to the prediction of transmembrane structures[J]. LIU HongDe1, WANG Rui1, LU XiaoQuan1, CHEN Jing 1, LIU XiuHui1 & DING Lan2 1 College of Chemistry and Chemical Engineering, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China; 2 College of Life Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China. Chinese Science Bulletin. 2008(07)
本文编号：3029705
【文章来源】：生物化学与生物物理进展. 2020,47(12)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
利用纳米盘纯化膜蛋白的两种途径
脂蛋白是血液中脂肪或胆固醇等脂溶性化合物的内源性载体，具有明确的结构和多种生物学功能，在脂质代谢中起主导作用，因而在动脉粥样硬化病变的预防和逆转中也有巨大的研究意义.HDL颗粒是最小的一组脂蛋白颗粒，主要具有抗动脉粥样硬化的保护作用，其潜在的保护机制依赖于HDL可以在ABCA1 (ATP-binding cassette transporter A1）与ABCG1 (ATP-binding cassette transporter G1）依赖机制下从外周组织中去除多余胆固醇[53].具体过程以充满脂质的巨噬细胞为例，Apo A-1在肝脏和肠内以无脂形式合成，通过肝细胞ABCA1转运蛋白与磷脂和胆固醇迅速脂化，形成新生盘状HDL.在外周组织中，新生的HDL颗粒通过巨噬细胞ABCA1和ABCG1转运蛋白吸收游离胆固醇，经卵磷脂-胆固醇酰基转移酶（lecithin cholesterol acetyltransferase,LCAT）酯化形成球形HDL3.成熟的HDL3粒子形成，可以转化为HDL2被肝脏吸收，也可能被内皮或肝脂肪酶修饰[52]（图2），上述生理过程明确后经进一步的脂质组学和蛋白质组学研究发现，血液HDL水平与心血管疾病发生的风险呈负相关，这使得人们普遍接受HDL血清浓度有助于预防心血管疾病的理论.与这些发现相一致，许多提高循环HDL水平的治疗方法一直是药学研究的焦点.然而，很快研究者们发现仅仅增加循环中的HDL颗粒数量远远不足以显著治疗心血管疾病，还应注重提高加入循环中HDL的功能性，如HDL颗粒的大小和形态变化能力.纳米盘的组成和物理化学参数可以很容易地进行化学调节和操纵，通过反复实验调整其尺寸、均匀性，使得清除胆固醇效率达到最佳状态，从而能够有效减少动物模型中动脉粥样硬化改变，并已在治疗心血管疾病的一些早期动物实验中得到验证[54].例如，在兔血管炎症模型中，每日向血管中输注嵌入二棕榈酰基-磷脂酰胆碱（dipalmitoylphosphatidylcholine,DPPC）的纳米盘制剂成功地抑制了中性粒细胞浸润和黏附分子的表达，进而减少炎症和致动脉粥样硬化的过程.将磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine,PS）嵌入纳米盘对动脉粥样硬化小鼠模型进行输注，检测结果显示血浆炎症生物标记IL-6与TNFα水平以及细胞间黏附分子水平均有降低，另一方面也反映出纳米盘与PS特异性受体的相互作用可能间接有助于PS的抗炎作用.目前，利用ApoA-1及脂质成分结合的纳米盘在抗动脉硬化方向的应用已经取得了一些有代表性的研究成果（表1).Jomard等[53]报道的几例最新研究显示，负载他汀类药物的纳米盘可将辛伐他汀传递到动脉粥样硬化斑块以抑制炎症.在Apo E-/小鼠动脉粥样硬化模型体内观察到，由于他汀类药物纳米盘的抗炎作用，巨噬细胞的存活率降低，在一周高剂量治疗后，使用gd标记颗粒的NMR观察到炎症显著减少，而3个月低剂量治疗通过直接靶向斑块巨噬细胞能够抑制斑块炎症.在另一个例子中，血管活性心脏保护药物丹参酮ⅡA (TanshinoneⅡA）纳入圆盘状纳米盘中注射进入动脉粥样硬化新西兰兔模型后，进入体内的盘状纳米盘被酶解重塑为球形纳米盘，丹参酮ⅡA经纳米盘承载后能更加迅速地作用于动脉粥样硬化斑块内的泡沫细胞，表现出较强的抗动脉粥样硬化作用.这些结果表明使用纳米盘结合降脂药物的抗增生性治疗策略为动脉粥样硬化中的炎症打开了一个新的治疗窗口.
【参考文献】：
期刊论文
[1]FET-based nanobiosensors for the detection of smell and taste[J]. Dongseok Moon,Yeon Kyung Cha,So-ong Kim,Seongyeon Cho,Hwi Jin Ko,Tai Hyun Park. Science China（Life Sciences）. 2020(08)
[2]Total ionizing dose effects on graphene-based charge-trapping memory[J]. Kai XI,Jinshun BI,SANDip MAJUMDAR,Bo LI,Jing LIU,Yannan XU,Ming LIU. Science China（Information Sciences）. 2019(12)
[3]生物复杂环境下的核磁共振技术和应用:机遇与挑战并存[J]. 刘重旭,王玉娟,喻志武,王俊峰. 科学通报. 2019(08)
[4]A new approach to the prediction of transmembrane structures[J]. LIU HongDe1, WANG Rui1, LU XiaoQuan1, CHEN Jing 1, LIU XiuHui1 & DING Lan2 1 College of Chemistry and Chemical Engineering, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China; 2 College of Life Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China. Chinese Science Bulletin. 2008(07)
本文编号：3029705
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