江桂斌组在纳米材料与血浆蛋白相互作用的异质性研究方面取得重要进展

        中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室江桂斌课题组通过开展多种纳米材料与血浆内源性凝血因子XII (FXII)的相互作用研究，发现不同理化性质的纳米材料对蛋白靶分子的吸附、构象与剪切活化具有不同的调控作用，表现出典型的异质性效应。相关研究成果以"Exploring the Heterogeneity of Nanoparticles in Their Interactions with Plasma Coagulation Factor XII"为题在线发表于ACS Nano (DOI: 10.1021/acsnano.8b08471)。

        由于独特的理化性质，纳米材料已在生物医药、肿瘤成像等领域得到了广泛的应用，这也同时增加了这类新型材料在人体中的暴露风险，其潜在健康危害是当前纳米毒理学关注的重点。通过有效调控理化性质，获得生物兼容性较高的纳米材料是解决纳米毒性风险的重要策略。考虑到纳米材料在体内的迁移、转化与富集分布主要通过血液系统传递实现，因此调控纳米材料的理化性质，研究其对血浆关键蛋白酶结构与功能的影响具有重要意义。

        江桂斌课题组有针对性地选取了三类四种纳米材料，也就是5 nm纳米金（GNP-5），5 nm纳米银（SNP-5），20 nm纳米银（SNP-20）和20 nm纳米二氧化硅（SiNP-20），通过与血浆蛋白凝血因子XII（FXII）共孵育进行研究，结果表明，纳米材料的材质与粒径对其与FXII的相互作用具有重要影响。具体而言，GNP-5表面吸附的FXII以立式模式存在，且这种纳米材料与蛋白的重链具有很强的结合力，但这种吸附并不改变蛋白的二级结构或引起酶原的剪切活化。与GNP-5相比，其它三种纳米材料表面吸附的蛋白以卧式模式存在，它们与FXII相互作用后可引起蛋白构象改变，并产生显著的酶原激活效应。此外，纳米银或纳米二氧化硅对FXII的活化作用可表现出独特的比表面积依赖模式。针对活化的FXII，也就是α-FXIIa，通过不同纳米材料的共孵育研究显示，该蛋白酶活性可产生明显改变，其中，GNP-5诱导非竞争性酶活抑制效应，SNP-5导致竞争性酶活抑制作用，而SNP-20与SiNP-20则会产生酶活增加效应，这些实验结果很好证实了不同核与不同粒径的纳米材料对酶活性的重要调控影响。以上研究发现，一方面揭示了纳米材料产生潜在血液学效应的内在分子作用机制，另一方面也为生物安全性纳米材料的设计、合成与应用提供了重要思路。

        该研究得到了国家基金委创新群体项目（21621064）、国际合作与交流项目（21461142001）与中国科学院战略性先导科技专项（B类）（14040302）的支持。

        原文链接：https://doi.org/10.1021/ acsnano.8b08471
 

2019年02月15日