今天给大家推荐的是最近发表于ACS Nano的一篇文章，题为“Polyphenol-Based Nanoparticles for Intracellular Protein Delivery via Competing Supramolecular Interactions”，通讯作者为墨尔本大学Frank Caruso教授。

蛋白质胞内递送有巨大的生物医药应用前景。有效且通用的递送体系需要满足以下要求：1）适用于各种各样的蛋白；2）在血清中稳定；3）能够进入细胞并实现溶酶体逃逸；4）在细胞质中释放完整的功能蛋白。目前能同时满足这些的非常少。本文作者开发了一种以介孔硅作为模板的、基于超分子相互作用的蛋白质组装纳米粒子体系，用于蛋白质胞内递送，并能同时满足以上要求。

图1. 多酚与蛋白质的相互作用

蛋白质组装大多因蛋白而异，不同蛋白需要不同的方式与条件。首先，作者开发了一种普适的蛋白质组装方法——基于多酚的蛋白质组装。多酚类物质，比如丹宁酸（tannic acid，TA），与蛋白质表现出多种相互作用，比如与赖氨酸的静电相互作用、与丝氨酸的氢键相互作用、与苯丙氨酸的疏水相互作用等等（图1）。这些相互作用能够建立强韧且具有响应性的蛋白质-多酚网络。

图2. 蛋白质-TA纳米粒子制备示意图

蛋白质-丹宁酸纳米粒子以自牺牲的介孔氧化硅（mesoporous silica，MS）为模板制备。首先将蛋白质与介孔氧化硅纳米粒子共孵育12小时，洗去多余的蛋白质，然后加入TA，以非共价相互作用使蛋白质“交联”。随后使用氢氟酸“移除”模板介孔氧化硅纳米粒子，就得到了蛋白质-丹宁酸纳米粒子（图2）。

图3. 蛋白质-TA纳米粒子的大小表征

作者挑选了三种功能蛋白，细胞色素C（cytochrome C，CYC）、免疫球蛋白G（immunoglobulin G，IgG）、β-半乳糖苷酶（β-galactosidase，β-Gal）制备蛋白质-TA纳米粒子，以证明该方法的普适性。它们具有不同的分子量和等电点（pI），CYC为12 kDa，pI 9.8；IgG为150 kDa，pI 8.0；β-Gal为430 kDa，pI 5.0。在MS模板移除后，获得的蛋白质-TA纳米粒子与模板MS纳米粒子有着相似的水合动力学大小（图3 a）。不同粒径的蛋白质-TA纳米粒子可以通过不同大小的MS模板制备。

图4. 蛋白质-TA纳米粒子入胞示意图

随后作者证明了CYC-TA纳米粒子在血清中能稳定数天；在pH 5与6之间会实现电荷反转，即低pH变成带正电荷的；在pH 4.5~7.4之间都是稳定的，但在10 mM GSH的存在下会解散从而释放蛋白。于是作者推论，蛋白质-TA纳米粒子，进入细胞后电荷反转实现溶酶体逃逸，细胞质中由GSH引发解散，释放功能蛋白（图4）。

图5. 蛋白质-TA纳米粒子功能验证

最后，作者在细胞层面验证了纳米粒子对功能蛋白的递送与释放。CYC-TA纳米粒子能够诱导细胞凋亡，体现出了浓度依赖的细胞毒性。β-Gal-TA纳米粒子进入细胞后能够在细胞内催化X-gal产生蓝色物质（图5）。

综上所述，作者开发了一个具有广泛适用性的蛋白质胞内递送体系。

作者：HYL 审校：WH

DOI: 10.1021/acsnano.0c04197

Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c04197