Advanced Functional Materials:非三聚体多肽探针靶向检测结缔组织中的病变胶原蛋白

病变胶原蛋白是关节炎、肿瘤等疾病的重要生物标记物。作为人体中含量最丰富的蛋白质和细胞外基质的主要成分,胶原蛋白在细胞增殖、组织再生和伤口愈合等生理过程中扮演重要角色,而胶原蛋白的异常重塑则被认为是纤维化、肿瘤、关节炎等疾病的关键诱因之一。纤维化相关疾病中常发现胶原蛋白的过度沉积,它会破坏正常组织的结构,并损伤器官的功能。不同类型胶原蛋白的异常分布则被认为与肿瘤的生长、侵袭和转移密切相关。此外,II型胶原蛋白的过度降解,已经被广泛认定为诱发类风湿关节炎和骨关节炎的主要因素。因此,病变胶原蛋白的高效检测对这些严重疾病的诊断、治疗和预后评价至关重要。

病变胶原蛋白由于其特殊的结构,它的靶向检测一直是巨大挑战。最近的研究发现,具有(Gly-Pro-Hyp)n重复序列的多肽探针,在保持单链的状态下,可以特异性结合病变胶原蛋白中的部分解折叠位点。然而,该类多肽探针会自发形成三聚体,从而丧失对病变胶原蛋白的结合能力。虽然加热等预处理方法可以使它们转变为单链状态,但是它们极强的形成三聚体的能力导致探针单体的定量非常困难,极大的限制了它们临床应用的前景。

兰州大学化学化工学院肖建喜教授课题组针对这一问题构建了完全无三聚化能力的多肽探针。 该探针可以靶向识别结缔组织中的病变胶原蛋白,并成功用于骨关节炎、肝纤维化和肿瘤组织中病变胶原蛋白的成像。相关结果发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202004532)上。

论文中,研究者构建了一个由重复的(Gly-Hyp-Pro)n序列组成的新型多肽探针F-GOP-10,该探针即使在0°C时仍可保持单链构象。F-GOP-10被证明可以选择性识别各种小鼠结缔组织中的病变胶原蛋白,但完全不能结合具有完整三重螺旋结构的正常胶原蛋白。抑制实验表明,F-GOP-10通过与病变胶原蛋白中的解折叠位点杂交实现特异性结合。重要的是,多肽探针F-GOP-10可以靶向识别骨关节炎组织中的病变胶原蛋白,但完全不能染色正常的软骨组织。与普通的Masson Trichrome染色方法相比,F-GOP-10表现出独特的高选择性,仅与病变胶原蛋白结合而不受正常胶原蛋白干扰,这赋予该多肽探针具有更高的灵敏度,可用于胶原蛋白相关疾病的早期检测。同时, F-GOP-10对肝纤维化和各种癌组织的成功染色,证明它是一种强大的靶向识别病变胶原蛋白的工具,在组织病理学染色中有广泛的应用前景。最后,研究者对具有不同数量Gly-Hyp-Pro的F-GOP-n系列多肽探针进行研究,结果显示它们均保持单链状态。表明(Gly-Hyp-Pro)n序列本质上不能形成三聚体的特性。该100%纯单链的多肽探针,可以被精确定量,可以用于石蜡切片和冷冻切片的染色,在临床应用中具有巨大潜力。