分享一篇近期发表在Angew. Chem Int. Ed.上的文章，题目为Visual β-Sheet-to-β-Turn Transition in Luminescent Polymeric Vesicles for Color-Reporting Drug Deliverye。文章的通讯作者是四川大学的丁明明教授。

    二级结构显著影响聚合物性质，而β转角作为一种在蛋白质中普遍存在并具有重要功能的二级结构，在合成聚合物中却缺乏研究。

图1. 具有可视化构象转变和颜色报告药物递送的发光聚合物载体

    可视化手段的缺乏限制了人们对构象转变的理解。因此，本文作者开发了一种连有具有聚集诱导发光活性的四苯基乙烯基团（TPE）的聚半胱氨酸，能够发生β片层向β转角的转变并被可视化表征。当聚合物发生氧化时，极性的增加诱发聚合物的构象转变，而TPE间的芳香相互作用不仅稳定了β转角构象，而且增加了手性和发射强度，从而使得圆偏振光增强。这使得可以通过荧光和圆偏振光对聚合物的构象实时检测。此外，这种发光聚合物组装体还能够被用于ROS响应性的药物递送，实现颜色报告的药物释放用于体内肿瘤治疗。

图2. PPT氧化前后的光学性质表征

    如图2所示，本文作者通过聚乙二醇引发TPE-半胱氨酸-N羧基内酸酐（TPE-Cys-NCA）的开环聚合得到了两亲性二嵌段共聚物PEG-PCys-TPE（PPT）。这种两亲性聚合物的组装使得疏水TPE基团聚集，从而相比于在氯仿中有显著增强的荧光信号。为研究组装体形貌，作者在其中封装了疏水染料罗丹明6G，激光共聚焦扫描显微镜（CLSM）成像显示出了染料的球形结构，TEM成像也证实了这一点，耗散粒子动力学模拟显示该组装体为聚合物囊泡结构。作者通过过氧化氢将PPT氧化得到PPT-O，观察到荧光信号的显著增加，这可能与TPE侧链的堆叠排布改变相关。CLSM、TEM成像以及模拟结果都显示出氧化后组装结构的完整，且通过动态光散射以及静态光散射测出的均方回转半径与水合动力学半径的比值基本不变，证实了荧光信号的增强并非由组装形态改变导致。进一步表征结构变化，圆二色光谱分析显示，随氧化时间测增长，227 nm处的负峰不断下降，201 nm处的正峰不断向213 nm处移动，证实了β片层向β转角的结构转变。红外光谱中，酰胺键从1636 cm^-1到1668 cm^-1处的移动也证实了这一点。β转角结构需要很强的侧链相互作用，圆二色光谱中260 nm和290 nm处的峰来自于相邻苯环的激发耦合，证实了侧链间强烈的芳香相互作用。此外，作者还发现，氧化后的PPT-O产生了显著的圆偏振光信号，这可能是由于更强的分子间相互作用导致了更加有序和紧密的堆积。

图3. 氧化诱导的二级结构转变

    如图3所示，作者使用三氟乙酸破坏PPT-O的氢键结构及构象，发现其手性和圆偏振光信号都消失。这证实了此前所观察到的荧光信号增强以及手性和圆偏振信号的出现都来源于氧化导致的构象改变。因此，作者希望利用荧光来动态跟踪和量化构象转变。对氧化过程中的荧光信号原位监测，在前20分钟增加50%，并在6小时左右达到平衡，此趋势与红外峰位移变化一致。接下来作者对其进行DFT计算，特征二面角显示，PPT由于分子间氢键展示出β片层结构，而在氧化之后，二面角发生变化，第i个残基的羰基氧和第i+3个残基的氨基氢形成氢键，显示出β转角结构。为阐明稳定β转角构象的作用力，作者测量了不同相互作用的距离，PPT-O中C-H键和苯环间的距离相较于PPT显著降低，体现了C-H···Π相互作用对于稳定β转角的作用。

图4. NR@PPT体外释放表征

    如图4所示，为验证氧化介导的聚合物囊泡构象转变触发的药物释放，作者将尼罗红（NR）作为疏水药物模型封装在其中。随着氧化的进行，NR的荧光信号逐渐下降，证实了药物的释放，这种响应性释放一方面由于硫醚转化为砜使得疏水性下降，另一方面β片层到β转角的转变减弱了分子间的氢键相互作用。此外，作者发现，在氧化条件下，体系在紫外光照射下显示出从红到蓝的显著颜色变化，而在白光下由紫色逐渐变为无色，这可能与TPE和NR之间的FRET有关。为证实这一点，作者使用318 nm的激发光进行激发，同时观察到了TPE和NR的发射峰，证实了两者之间存在FRET效应。而对FRET的效率检测显示，随着氧化时间的增加，FRET效率逐渐下降，未氧化组则保持不变，这种荧光信号的变化有望用于指示药物的释放。作者进一步将药物释放与体系颜色变化进行定量联系，可以拟合得到线性关系。

图5. PPT体内药物递送

    如图5所示，作者将负载NR的载体与肿瘤细胞共孵育，FRET信号的下降证实了NR的释放。接下来，作者使用PPT负载抗癌药物阿霉素（DOX）并静脉注射至荷瘤小鼠体内。对小鼠的成像可以观察到，相比于单独的DOX和预氧化的PPT-O负载的DOX，PPT负载的DOX具有更多的肿瘤积累。此外，对肿瘤体积的检测显示，PPT负载的DOX具有最好的肿瘤抑制效果，组织形态学染色也显示其具有最显著的肿瘤细胞坏死和凋亡。肿瘤切片的CLSM表征中能观察到显著的DOX信号而无FRET信号，证实了药物的完全释放。

    综上所述，本文开发了一种四苯基乙烯修饰的半胱氨酸聚合物囊泡，能够响应过氧化氢发生由β片层到β转角的构象转变，从而产生多种光谱性质的变化，且有望被用于肿瘤特异性药物释放。

作者：ZHR  审校：ZXY

DOI: 10.1002/anie.202503875

Link: https://doi.org/10.1002/anie.202503875