复旦大学高分子科学系陈国颂

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复旦大学陈国颂-江明课题组利用表面高“表达”唾液酸的糖肽纳米纤维作为起始结构，通过在溶液中加入唾液酸酶来重现唾液酸酶介导的脱唾液酸过程。结果显示加入的唾液酸酶确实导致了纤维表面唾液酸的切除并引发了糖肽纤维的形貌转变。还通过改变唾液酸酶浓度来调控唾液酸切除动力学，结果显示唾液酸的切除速率决定了糖肽纤维的形貌演化路径，低的唾液酸切除速率导致初始的双螺旋糖肽纤维逐步演化为胶束，而高的唾液酸切除速率则使得初始的双螺旋糖肽纤维最终演化为扭曲的纳米带。此外，也探索了该策略在细胞培养方面的应用。

        唾液酸(Sialic acid)处于众多脊椎动物细胞表面聚糖分子的末端，掩盖了底层聚糖链上的表位，赋予了细胞表面负电荷和亲水性。除了参与细胞与其周围微环境的许多相互作用，唾液酸还在生物识别中发挥着极其重要的作用。唾液酸在生物体内往往会以共价的形式与蛋白质或脂质结合，从而以糖缀合物的形式存在。生物体往往通过唾液酸酶去除聚糖末端唾液酸残基来启动聚糖的分解代谢，从而调节糖缀合物的结构和功能。值得注意的是，在某些衰老或病理条件下，由唾液酸酶异常表达所引起的唾液酸局部代谢过快或过慢往往也会导致机体的异常。由于糖缀合物结构本身的复杂性，均质且化学成分确定的糖缀合物很难通过生物来源获得。引入化学合成的糖聚合物、糖肽或糖脂，通过非共价相互作用构筑唾液酸化糖缀合物类似物，更加有利于我们对生命过程的理解。人工超分子系统能够以酶为工具来对外界刺激做出反应，用于模仿生物体内发生的行为。虽然使用酶促反应来控制组装的实例已经屡见不鲜，但探究酶促反应动力学对自组装结构演化的影响的工作却少有报道。
         最近，复旦大学陈国颂-江明课题组引入唾液酸酶来原位地切除糖肽纤维组装体上的唾液酸基团，研究原纤维结构在切除唾液酸之后发生的形貌转变过程，并且通过控制外加酶浓度来进一步研究酶切动力学对于纤维结构形貌演化的影响。应用这一策略，将巨噬细胞、组装体和唾液酸酶在体外共培养，探究了唾液酸酶与原纤维组装体相互作用影响下的细胞粘附。该文设计了三肽序列FFF与3'-唾液酸乳糖(3'SL)缀合，得到了3'SL-FFF分子，利用该分子在水中组装后形成的双螺旋纤维作为起始结构，进行酶切动力学的研究并观察加入唾液酸酶诱导下的组装形貌转变过程。
        为了在超分子水平上对转变过程有进一步的了解，进一步利用圆二色光谱、紫外-可见光光谱法和荧光发射光谱对加入0.01 U和0.5 U唾液酸酶情况下组装体的转变过程进行了原位追踪。紫外吸收和圆二色光谱随时间的变化趋势相对应，揭示了在两种酶浓度下3'SL-FFF酶切得到的Lac-FFF组装体中的二级结构逐渐显现出差异。而荧光发射光谱则更加证明了糖肽在酶催化过程中有序度的变化。在高酶浓度下，溶液中的糖肽组装体仍具有规则的排列，对应PP II Helix的规则结构。在低酶浓度下，双股原纤维上的唾液酸基团脱除时间差较大，导致先脱去唾液酸的纤维部分开始解离，最终形成无规的纳米球结构。
         由于CCK-8结果显示酶切前后的组装体均未显示出明显的细胞毒性，作者还进一步探索了以巨噬细胞为模板，3'SL-FFF组装体的酶切转换作为辅助培养多细胞团基质的可能性。
        上述工作以论文形式即将在《高分子学报》2022年第12期印刷出版。论文第一作者为复旦大学高分子科学系硕士生曾雅，通讯作者为陈国颂教授、刘荣营博士。