英文原題: In Situ Imaging of Pathological Collagen by Electrostatic Repulsion-Destabilized Peptide Probes
通訊作者: Jianxi Xiao (肖建喜), Junqiang Lei (雷軍強), Lanzhou University, China
作者: Xiangdong Cai (蔡向東), Wenyu Wei (魏文宇), Zhao Liu (劉釗), Zhongtian Bai (白仲添), Junqiang Lei (雷軍強), Jianxi Xiao (肖建喜)
膠原蛋白是人體中關鍵的生物標誌物，它的異常降解與骨關節炎、動脈粥樣硬化、癌症等多種嚴重疾病息息相關，病變膠原蛋白的靶向檢測對這些疾病的診斷和治療具有重要意義。研究發現，具有(Gly-Pro-Hyp)n序列的多肽探針在處於單鏈狀態時，可以高特異性結合病變膠原蛋白中的解鏈部分。然而，(Gly-Pro-Hyp)n序列會自發形成三聚體結構，從而完全喪失靶向結合病變膠原蛋白的能力，極大地限制了該探針的臨床應用。
近期，蘭州大學化學化工學院肖建喜教授和蘭州大學第一醫院雷軍強教授團隊，報告了一種通過靜電排斥作用抑制(Gly-Pro-Hyp)n序列形成三聚體的新型多肽探針，並應用於結締組織中病變膠原蛋白的原位成像(圖1)。研究人員通過將(Gly-Pro-Hyp)7序列與數個帶電荷的胺基酸Asp連接，構建了一系列膠原靶向多肽探針PCTP-Dn (n為Asp的數量)。研究表明，在pH 7.4的條件下，多肽探針PCTP-Dn的三重螺旋結構穩定性隨Asp的數量增加而逐漸減弱(圖2)。多肽探針PCTP-D6在生理條件下顯著保持單鏈構象，它可以特異性染色大鼠肌腱和尾巴中的病變膠原蛋白(圖3)。同時，ROX修飾的PCTP-D6探針可以特異性染色燙傷皮膚組織中的病變膠原蛋白，而不染色正常皮膚組織中的完整膠原蛋白(圖4)。並且，該探針成功的用於染色不同病人的多種癌症組織中的病變膠原(圖5)。該新型多肽探針可以高效檢測不同類型的動物結締組織和人病理組織中的病變膠原，在膠原相關疾病的機理研究、診斷和治療中有廣泛的應用潛力。
圖1. 靜電排斥作用去穩定化的多肽探針識別病變膠原蛋白的示意圖。
圖2. 膠原蛋白靶向多肽的熱穩定性。系列多肽PCTP，PCTP-D1，PCTP-D2，PCTP-D3， PCTP-D4，PCTP-D5和PCTP-D6在pH 2.7(a, b)和pH 7.4(c, d)時的CD熔解曲線(a, c)和熔解曲線的一階導數(b, d)。PCTP系列多肽在pH 7.4(紅色)和pH 2.7(黑色)下的解鏈溫度(Tm)與Asp個數的關係(e)。
圖3. 多肽探針FAM-PCTP-D6和FAM-PCTP染色大鼠肌腱(a-d)和尾巴(e-h)組織切片中病變膠原蛋白的螢光顯微照片。
圖4. 多肽探針ROX-PCTP-D6 (a, e)、I型膠原靶向多肽探針FAM-ICTP (b, f)和細胞核染料DAPI (c, g)染色大鼠的正常皮膚和燙傷皮膚組織的螢光顯微照片。
圖5. 多肽探針ROX-PCTP-D6和DAPI染色癌症組織的螢光顯微照片。
本研究的相關結果作為（內頁）封面文章已發表於 ACS Applied Bio Materials, Volume 3, Issue 11。本項目得到了國家自然科學基金和中央高校基本科研基金的支持。
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ACS Applied Bio Materials, 2020, 3, 11, 7492-7499
Publication Date: September 8, 2020
https://doi.org/10.1021/acsabm.0c00710
Copyright © 2020 American Chemical Society
主編：Kirk S. Schanze
(University of Texas at San Antonio)
執行主編：王樹
(中國科學院化學研究所)
ACS Applied Bio Materials 創刊於2018年7月，僅在線出版，12期/年。旨在為讀者及作者提供生物相關功能材料的設計及其應用的突破性與原創性研究，是將材料學、工程學、生物學、醫學及化學知識融合於重要的生物應用的前沿期刊。
涵蓋研究領域包括生物材料，生物醫用材料，生物能源，生物催化，生物電子，生物汙損與防汙材料，仿生材料，生物分子成像/傳感，藥物傳遞/靶向，自修復材料，抗菌/抗微生物及抗癌生物材料等。