近日，化學和材料學領域國際權威期刊《美國化學會雜志》以“Conformation-Directed Micelle-to-Vesicle Transition of Cholesterol-Decorated Polypeptide Triggered by Oxidation”為題，在線報道了四川大學高分子科學與工程學院在生物醫用高分子自組裝領域取得的重要進展（J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.8b01873），該工作創造性地提出一種通過活性氧（ROS）觸發多肽二級構象轉變，并驅動聚合物高級自組裝形貌轉變的新策略。
在自然界，蛋白質等生物大分子能夠折疊成各種不同的三維結構。其中多肽鏈段二級構象的形成和精確折疊可以指導蛋白質的自組裝過程，從而調節其生物學性能。利用合成高分子來模擬蛋白質復雜有序的高級結構不僅有助于理解蛋白質的結構和功能，而且能構筑仿生納米材料應用于生物醫學領域。因此，對于高分子高級自組結構和功能調控的研究具有重要的理論意義和應用價值。
四川大學高分子科學與工程學院丁明明副教授、譚鴻教授和傅強教授在前期工作中，建立了通過多嵌段高分子多親水區間調控自組裝體結構的新方法（Soft Matter 2010, 6, 2087-2092；Soft Matter 2012, 8, 5414-5428；Biomaterials 2011, 32, 9515-9524；Adv. Mater.2012, 24, 3639-3645），并發展了利用陽離子配體和外殼開關協同調控聚合物與腫瘤細胞相互作用的新途徑（Biomacromolecules 2013, 14, 4407-4419；ACS Nano 2013, 7, 1918-1928；Biomacromolecules 2014, 15, 2896-2906；ACS Appl. Mater. Inter.2017, 9, 2138-2149；Biomaterials 2017, 145, 138-153）。
在前期工作基礎上，本研究論文進一步提出通過二級構象調控高分子自組裝形貌和實現功能開關的新思想（J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.8b01873）。為了實現該思想，該研究團隊設計并合成一種膽固醇修飾的聚乙二醇-聚半胱氨酸嵌段共聚物，該共聚物能通過ROS刺激觸發聚合物二級結構從β折疊向α螺旋轉變，并驅動其自組裝結構由膠束向囊泡轉變。論文通過透射電鏡、光散射、熒光探針等手段證實了形貌轉變過程，并利用圓二色譜、傅里葉變換紅外光譜、小角X射線散射和二維核磁等方法表征自組裝體的高級結構，闡明了二級構象驅動自組裝形貌轉變的機理（圖1）。
圖1. 聚合物自組裝體氧化前后的化學結構和構象表征，以及自組裝機理示意圖
考慮到ROS與癌癥、心血管疾病、炎癥等疾病有關，作者進一步以抗腫瘤為模型，探索構象和形貌轉變對藥物釋放、細胞內在化和腫瘤抑制效果的影響。發現該聚合物體系具有獨特而靈敏的構象功能開關，能夠實現良好的ROS響應控釋能力，并顯示出構象介導的細胞相互作用和特異性的高效入胞能力，從而在體內及體外抗腫瘤實驗中表現出良好的治療效果（圖2）。這項工作對理解蛋白質折疊和大分子多級自組裝具有重要的理論價值，為高分子多級自組裝結構和功能的調控提供了新策略，并在生物傳感、疾病治療和診斷應用方面搭建了新的智能平臺。
圖2. 聚合物自組裝體與腫瘤細胞相互作用
該論文的第一作者為碩士生劉航和汪銳，通訊作者為丁明明副教授。該項研究工作得到國家自然科學基金（21474064, 51203101, 51721091）、國家杰出青年科學基金（51425305）和高分子材料工程國家重點實驗室開放課題（sklpme2015-3-02）的資助。
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