在药物研发以及生物探针开发的研究中，生物膜的透过性是经常碰到的问题。特别是一些大分子如寡核苷酸或者蛋白质通常很难通过细胞膜，从而导致其医药应用性大大降低。这次我们主要介绍利用分子本身的一些特性来解决这问题的一个实例。
我想进入细胞膜！
提高膜透过效率的方法之一是利用「膜渗透性多肽」(Cell-Penetrating Peptide：CPP)。CPP是一种具有多个精氨酸的碱性多肽，它可以积极能动的透过细胞膜，这个特性是已经被熟知的。也就是说把要送进细胞中的蛋白质或者多肽大分子与CPP结合后，这样的话就能达到进入细胞膜的目的了。
但是！CPP具有细胞毒性，这样就限制了它的应用性，也有可能影响要携带进入细胞膜的药物活性。
因为这个限制，研发人员发现了一种新的膜透过性机理，并以此开发出膜通透性聚二硫化物(Cell-Penetrating poly(disulfide)s:CPDs)。CPD如下图1所示，与细胞膜表面的硫醇基发生反应形成二硫化物，固定在细胞表面。这是连在CPD上的想导入细胞内部的底物会通过细胞的内吞作用一起进入细胞内部。[1]
图1 Schematic illustration of a cellular uptake via S-S exchange.
近年，热那亚大学的Matile组，在CPDs的基础上改进研发出了siCPDs(substrate-initiated, self-inactivating CPDs)（Figure 2）。[2]
该方法是，把准备往细胞内导入的分子作为聚合物的引发剂，与带有有利于透过细胞膜的胍取代基的聚合单体形成聚二硫化物从而透过细胞膜。
环张力可以活化细胞内吞作用
而今年Matile等人又发现，高反应性的环状二硫化物，即使不通过聚合反应，也可以被固定在膜表面，通过细胞内吞作用透过细胞膜。
Ring Tension Applied to Thiol-Mediated Cellular Uptake”
Gasparini, G.; Sargsyan, G.; Bang, E. K.; Sakai, N.; Matile, S.Angew. Chem,Int. Ed.2015, 7328. DOI:10.1002/anie.201502358
把作为发光团使用的羧酸荧光素化合物3–7添加到HeLa Kyoto中，通过流式细胞术来测定这些细胞的荧光强度(图3)。从下图可以发现，拥有最大环张力的化合物3具有最强的荧光强度，而环张力最小的化合物4,5、以及直链的非环化合物6,7的荧光强度依次变小。通过这个结果可以判断，在细胞膜上发生的二硫化交换反应，CSSC的二面角越小，也就是说二硫化的反应性越高的话，越有利于反映的进行。文中进一步讨论了膜表面的巯基在活化状态或者非活化状态后的活性评价实验，提出了该类化合物在膜表面固定化的作用机理。
图3 Flow cytometry data showing the fluorescence of HeLa Kyoto cells after incubation of fluorophores 2-8.
另外Matile等人还成功拍摄了刚刚提到的引入荧光发色团后的HeLa Kyoto细胞的照片。从这个结果就很清晰的可以表明环状的二硫化物3与4不是仅仅是被固定在细胞膜表面，它们确实已经进入到细胞内部。化合物3，4的CSSC二面角的差仅仅只有8°，就这么小的差距，效果可是大大不同啊。
参考文献
- Torres, A.; Gait, M.Trends in Biotechnology2012,30, 185. DOI:10.1016/j.tibtech.2011.12.002
- Gasparini, G.; Bang, E.-K.; Molinard, G.; Tulumello, D.; Ward, S.; Kelley, S.; Roux, A.; Sakai, N.; Matile, S.J.Am. Chem. Soc.2014,136, 6069. DOI:10.1021/ja501581b
外部链接
- Matile group
- 膜透过性多肽| Cell Penetrating Peptide (CPP)
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