近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員陳春英團隊在細胞內(nèi)吞過程中“納米蛋白冠”的演化模式及其對細胞內(nèi)蛋白穩(wěn)態(tài)和能量代謝的擾動研究方面取得重要進展。相關(guān)研究成果以Dynamic intracellular exchange of nanomaterials’ protein corona perturbs proteostasis and remodels cell metabolism為題，發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

當(dāng)納米顆粒進入生物體系時，生物流體的生物分子迅速與納米顆粒表面結(jié)合，其中與血液中蛋白質(zhì)分子互作形成的“納米蛋白冠”作為起始步驟，對納米顆粒體內(nèi)的輸運和命運影響巨大，引起科學(xué)界關(guān)注?！凹{米蛋白冠”的形成如何影響納米顆粒在不同屏障系統(tǒng)組織和細胞的識別、轉(zhuǎn)運、分布、功能和生物效應(yīng)，是納米材料生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的“黑匣子”問題，制約納米藥物的遞送效率，并嚴重影響其有效性和安全性。

該領(lǐng)域研究的重要挑戰(zhàn)之一是“納米蛋白冠”的復(fù)雜性，而該復(fù)雜性受不同組織器官中生物分子的多樣性及生理病理狀態(tài)的影響。目前，關(guān)于蛋白冠的蛋白組成和結(jié)構(gòu)特性如何隨納米顆粒所處的生物微環(huán)境不同而發(fā)生變化，存在認知不明、機理不清的問題。

科研團隊利用創(chuàng)新應(yīng)用多維度多組學(xué)（蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)）、分子間互作以及原位質(zhì)譜成像等分析技術(shù)，首次揭示了“納米蛋白冠”的蛋白組成在細胞轉(zhuǎn)運過程中的動態(tài)演化模式。研究以納米金顆粒為模式納米顆粒，探究了蛋白冠從血液系統(tǒng)到細胞內(nèi)的動態(tài)演化過程（血液-溶酶體-細胞質(zhì)），當(dāng)納米顆粒由血液環(huán)境經(jīng)過細胞內(nèi)吞進入溶酶體，再從溶酶體逃逸進入細胞質(zhì)后，其表面的蛋白組成發(fā)生巨大變化，大多被細胞內(nèi)蛋白質(zhì)分子所替代，只保留部分血液環(huán)境中形成的蛋白冠成分。納米蛋白冠的胞內(nèi)演化會擾亂細胞內(nèi)的蛋白穩(wěn)態(tài)（proteostasis），引發(fā)伴侶蛋白（HSC70、HSP90等）和丙酮酸激酶M2（PKM2）在胞內(nèi)納米蛋白冠表面的富集，激發(fā)伴侶蛋白介導(dǎo)的自噬反應(yīng)（Chaperone mediated autophagy，CMA）；進一步影響細胞糖酵解，引起細胞能量代謝的改變，調(diào)控細胞脂質(zhì)代謝過程。該研究闡明了納米顆粒從血液到亞細胞微環(huán)境轉(zhuǎn)運過程中的演化模式，發(fā)現(xiàn)了“納米蛋白冠”的胞內(nèi)微環(huán)境特異性，進而重塑細胞代謝，為剖析納米-生物界面調(diào)控納米材料復(fù)雜生物學(xué)效應(yīng)提供了新認識和理論支撐。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）等的支持。

論文鏈接

　　納米蛋白冠在細胞內(nèi)吞轉(zhuǎn)運過程中的演化模式示意圖：從血液-溶酶體-細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運過程中，蛋白冠的組分與胞內(nèi)蛋白（伴侶蛋白、代謝激酶）的交換引發(fā)伴侶蛋白介導(dǎo)的自噬活性的升高，并選擇性地重塑細胞代謝。

來源： 國家納米科學(xué)中心