氫鍵有機(jī)框架（hydrogen-bonded organic frameworks, HOFs）是由有機(jī)砌塊通過分子間氫鍵作用形成的多孔材料。HOFs具有結(jié)構(gòu)可調(diào)、制備條件溫和、易于再生等特點(diǎn)，在非均相催化、氣體分離、熒光傳感等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。近來，通過設(shè)計(jì)單體模塊的自組裝，HOFs在小分子藥物遞送中的應(yīng)用受到關(guān)注。然而，HOFs與生物大分子，如蛋白質(zhì)等的可控組裝難度較大，限制了其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
圖1：蛋白質(zhì)和氫鍵有機(jī)框架(HOFs)的原位組裝及細(xì)胞內(nèi)生物催化 近期，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所汪銘課題組通過設(shè)計(jì)含有脒基和羧基的有機(jī)配體在蛋白質(zhì)存在下的分子自組裝，制備了原位包封蛋白質(zhì)的氫鍵有機(jī)框架TA-HOFs，實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)遞送及細(xì)胞內(nèi)酶催化反應(yīng)調(diào)控。四（4-脒苯基）甲烷（TAM）、4，4’-偶氮苯二羧酸（AZB）與蛋白質(zhì)殘基之間的氫鍵相互作用可原位高效包封蛋白質(zhì)于HOFs中（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，這一方法可以包封表面電荷不同或者分子量不同的蛋白質(zhì)，且對(duì)蛋白質(zhì)的活性影響小，解決了長(zhǎng)期以來框架材料包封蛋白質(zhì)過程中受限于蛋白質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)的難題。 圖2：(a) TA-HOFs遞送GFP蛋白到HeLa細(xì)胞，有效從溶酶體逃逸；(b) TA-HOFs可遞送帶有不同表面電荷的GFP, (-30)GFP以及(+36)GFP蛋白。 細(xì)胞遞送研究發(fā)現(xiàn)包封蛋白質(zhì)的HOFs具有良好的生物相容性，能夠高效遞送帶有不同表面電荷的綠色熒光蛋白（GFP）進(jìn)入細(xì)胞，并且實(shí)現(xiàn)溶酶體逃逸（圖2）。進(jìn)一步研究表明，TA-HOFs遞送蛋白質(zhì)具有普適性，可遞送不同種類的酶進(jìn)入細(xì)胞實(shí)現(xiàn)酶催化反應(yīng)。例如遞送HRP酶可在細(xì)胞內(nèi)催化Amplex Red氧化反應(yīng)（圖3）。尤為重要的是，包封過氧化氫酶(catalase)的CAT@TA-HOFs可實(shí)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞蛋白質(zhì)遞送，并在神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)催化活性氧物質(zhì)的降解，有效調(diào)控細(xì)胞在神經(jīng)毒素刺激時(shí)的氧化應(yīng)激水平，為基于細(xì)胞內(nèi)酶催化反應(yīng)的神經(jīng)退行性疾病治療提供了新方法（圖4）。 圖3. TA-HOFs遞送辣根過氧化酶HRP實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)Amplex Red催化氧化。 圖4：基于CAT@TA-HOFs的神經(jīng)細(xì)胞（SY-SY5Y）蛋白質(zhì)遞送及氧化應(yīng)激態(tài)調(diào)控。CAT@TA-HOFs遞送可有效緩解SY-SY5Y細(xì)胞在神經(jīng)毒素（6-OHDA）刺激下的氧化應(yīng)激水平，并降低細(xì)胞氧化損傷。 上述研究提出了基于氫鍵框架材料和蛋白質(zhì)可控組裝的生物大分子細(xì)胞遞送及酶催化反應(yīng)新策略，為發(fā)展神經(jīng)細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控以及退行性疾病治療新方法奠定了基礎(chǔ)。 論文信息： In-Situ Encapsulation of Protein into Nanoscale Hydrogen-Bonded Organic Frameworks for Intracellular Biocatalysis Ming Wang, Jiakang Tang, Ji Liu, Qizhen Zheng, Wenting Li, Jinhan Sheng, Lanqun Mao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202105634
