納米自組裝短肽RADA16在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究與進(jìn)展

高露瑤，敖弟書(shū)，宋鴻

(遵義醫(yī)科大學(xué)微生物學(xué)教研室，貴州 遵義 563006)

分子自組裝是生物體中普遍存在的一種現(xiàn)象，它不受外力影響便可自發(fā)聚集、組裝形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。1993年Zhang等[1]在研究酵母Z-DNA結(jié)合蛋白Zuotin時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種在水溶液中異乎尋常自組裝成納米纖維的短肽EAK16-Ⅱ，在此基礎(chǔ)上，相繼發(fā)現(xiàn)與合成許多納米自組裝短肽材料。自組裝短肽RADA16是利用“bottom-up”(自底向上)原理，采用自然界已有分子構(gòu)件，通過(guò)分子與分子間的相互作用自組裝形成的一種新型生物材料。RADA16具有獨(dú)特的氨基酸序列(Ac-RADARADARADARADA-CONH2)，在生理鹽溶液條件下可通過(guò)非共價(jià)鍵作用自發(fā)形成具有親水面和疏水面的β-折疊結(jié)構(gòu)，最終自組裝形成含水量超過(guò)99%的納米纖維水凝膠[2]。相比于其他生物材料，RADA16不僅具有含水量高、生物相容性良好、可降解等優(yōu)點(diǎn)，還可根據(jù)需要進(jìn)行化學(xué)修飾，在醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力[3-4]。據(jù)此，本文就納米自組裝短肽RADA16在細(xì)胞培養(yǎng)、藥物緩釋、再生醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用作一簡(jiǎn)要綜述。

1 細(xì)胞培養(yǎng)

近年來(lái)，細(xì)胞三維(three dimensional, 3D)培養(yǎng)研究日益增多，培養(yǎng)技術(shù)日漸成熟。在既有的細(xì)胞3D培養(yǎng)方法中，利用載體(3D支架)進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)是最常用的一種培養(yǎng)方法。選用恰當(dāng)?shù)募?xì)胞支架，將為細(xì)胞的黏附、增殖、分化及細(xì)胞間相互作用提供更為適宜的空間微環(huán)境。

天然細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)主要由凝膠樣基質(zhì)和纖維網(wǎng)架構(gòu)成，為精密有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而短肽RADA16在離子條件下可自組裝形成孔徑5～200 nm的納米纖維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其孔隙度與天然ECM相似[2]，同時(shí)其氨基酸序列設(shè)計(jì)中RAD(精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸)序列與細(xì)胞膜上整合素的配體結(jié)合位點(diǎn)RGD(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)多肽序列相近，這就為細(xì)胞黏附生長(zhǎng)提供了類(lèi)似于天然ECM的3D培養(yǎng)環(huán)境，有利于細(xì)胞的黏附、增殖和分化[5-6]。而相比其他3D培養(yǎng)材料，如機(jī)械性能和細(xì)胞黏附性較差的藻酸鹽等有機(jī)材料復(fù)合物或動(dòng)物來(lái)源的可能含有殘留生長(zhǎng)因子甚至不確定成分的膠原、Matrigel等基質(zhì)凝膠[7-8]，生物相容良好的納米自組裝短肽RADA16還具有成分純凈、無(wú)免疫原性等特點(diǎn)，這亦為細(xì)胞在支架中的生長(zhǎng)提供了更為有利的生存條件。因此，RADA16是一種理想的細(xì)胞培養(yǎng)支架材料。目前，在細(xì)胞3D培養(yǎng)領(lǐng)域，RADA16多集中于癌細(xì)胞培養(yǎng)或干細(xì)胞培養(yǎng)。早年Kakiuchi等[9]證實(shí)將人類(lèi)粒細(xì)胞白血病HL-60細(xì)胞培養(yǎng)于0.01%RADA16水凝膠中時(shí)，細(xì)胞可經(jīng)誘導(dǎo)分化成單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞。而將小鼠的胚胎干細(xì)胞(R1細(xì)胞)和誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞(TTF-1細(xì)胞)培養(yǎng)在該支架中時(shí)，發(fā)現(xiàn)支架中的干細(xì)胞多巴胺能神經(jīng)元分化較普通二維(two dimensional, 2D)培養(yǎng)顯著增加，且這些分化的神經(jīng)元能表達(dá)特定的多巴胺能標(biāo)志物[10]。同樣，證實(shí)RADA16可用于皮下脂肪源性祖細(xì)胞的3D培養(yǎng)，在心臟誘導(dǎo)分化培養(yǎng)基作用下，細(xì)胞在RADA16水凝膠中呈簇聚集生長(zhǎng)，同時(shí)表達(dá)相應(yīng)的心臟發(fā)育標(biāo)志物(如GATA14、TBX5、MEF2C、ACTN1等)[11]。在卵巢癌A2780細(xì)胞的體外3D培養(yǎng)中，RADA16作為良好的生長(zhǎng)支架供其黏附、增殖以及表達(dá)相應(yīng)的細(xì)胞黏附分子和血管生成因子[12]。

納米自組裝短肽的另一大優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)的可修飾性。隨著研究深入，研究者們?cè)O(shè)計(jì)利用不同的功能肽序列來(lái)對(duì)短肽RADA16進(jìn)行改造，進(jìn)一步優(yōu)化其性能和運(yùn)用。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)的衍生肽(序列RGIDKRHWNSQ)與RADA16的C端連接形成新的RADA16-BDNF三維肽支架，將人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞與活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)于該支架中，不僅可促進(jìn)典型的神經(jīng)元樣細(xì)胞分化，同時(shí)還能減少腦損傷周?chē)姆磻?yīng)性膠質(zhì)增生[13]。將連接了功能序列的RADA16-RGD水凝膠與RADA16進(jìn)行混合，并用于小鼠胚胎成骨細(xì)胞前體MC3T3-E1細(xì)胞的培養(yǎng)，結(jié)果表明該混合培養(yǎng)的方式可促進(jìn)細(xì)胞黏附、增殖和成骨分化[14]。Luo等[15]將轉(zhuǎn)染了人神經(jīng)源性營(yíng)養(yǎng)因子(hBDNF)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)于修飾了功能基序PRG的RADA16短肽水凝膠中時(shí)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是細(xì)胞增殖活性、hBDNF蛋白表達(dá)，還是神經(jīng)元特異性烯醇化酶、膠質(zhì)纖維酸性蛋白的表達(dá)均高于單純用RADA16短肽水凝膠培養(yǎng)細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)組。

材料科學(xué)、組織工程、細(xì)胞生物學(xué)等學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)了細(xì)胞3D培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展。到目前為止，納米自組裝短肽RADA16及其衍生材料已用于培養(yǎng)多種不同的組織和細(xì)胞系，與2D細(xì)胞培養(yǎng)相比，其3D細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是一項(xiàng)相對(duì)較新的技術(shù)，但應(yīng)用于臨床模型的研究目前仍較少。

2 藥物/蛋白緩釋

目前，在難溶性藥物相關(guān)制劑開(kāi)發(fā)中，納米載藥系統(tǒng)是主要研究對(duì)象，其雖具有可改進(jìn)藥物水溶性、能進(jìn)行靶向修飾、增強(qiáng)生物利用度等特點(diǎn)，但部分納米載體可能存在生物相容性、降解性較差等問(wèn)題，因而其運(yùn)用仍存在一定局限性[16]。作為一種新型生物材料，短肽RADA16由天然氨基酸合成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可控，以及可在體內(nèi)生物降解且具有良好生物相容性等特點(diǎn)，以其為載體的藥物遞送系統(tǒng)的研究逐漸增多[17]。目前，在已設(shè)計(jì)出的各種類(lèi)型的納米自組裝短肽中，運(yùn)用于藥物傳遞載體的短肽，研究最多的是離子互補(bǔ)型自組裝短肽中的RADA16、EAK16及其衍生短肽[18]。

RADA16包含一個(gè)親水面和疏水面，在分子力作用下，其疏水表面可與難溶藥物的疏水區(qū)域相互作用形成短肽—藥物復(fù)合物，增強(qiáng)藥物在水溶液中穩(wěn)定性的同時(shí)，使得難溶藥物能以自組裝短肽為媒介進(jìn)行包載和緩釋?zhuān)淮送猓琑ADA16在生理?xiàng)l件下形成的短肽水凝膠具有一定黏彈性，這對(duì)藥物起到一定緩釋作用[18]。目前，在自組裝短肽作為難溶藥物載藥系統(tǒng)的相關(guān)報(bào)道中，以研究模型水難溶性藥物芘和抗腫瘤相關(guān)藥物的報(bào)道居多。Tang等[19]發(fā)現(xiàn)化合物芘與RADA16相互作用時(shí)可形成膠態(tài)懸浮液，藥物以微晶形式包載于短肽自組裝形成的非極性的微環(huán)境中，初步證明RADA16與水難溶藥物之間存在疏水相互作用。在抗腫瘤藥物緩釋載體的應(yīng)用當(dāng)中，唐富山等[20]初步證實(shí)RADA16自組裝短肽具有作為抗腫瘤藥物原位水凝膠載體并運(yùn)用于體內(nèi)的潛力，并將其應(yīng)用于芒果苷原位水凝膠抗腫瘤細(xì)胞增殖作用中[21]。此外，該團(tuán)隊(duì)在RADA16基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出具有不同疏水側(cè)鏈的新型自組裝肽RVDV16，研究結(jié)果表明RADA16與RVDV16均可與大黃素形成相對(duì)穩(wěn)定的懸浮液，在生理?xiàng)l件下形成原位水凝膠，而大黃素通過(guò)該原位水凝膠維持甚至增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的增殖抑制作用[22]。除此之外，將抗腫瘤藥物附著在RADA16短肽結(jié)構(gòu)上還可能發(fā)揮許多釋藥優(yōu)點(diǎn)，如改良藥代動(dòng)力學(xué)，或者通過(guò)靶向作用改善藥物的生物分布等[23]。

除了難溶性藥物，對(duì)于水溶性藥物來(lái)說(shuō)，自組裝短肽RADA16也是一種良好的釋藥載體。RADA16曾廣泛運(yùn)用于水溶性蛋白類(lèi)藥物(如溶菌酶[24]、功能性蛋白質(zhì)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子[25]、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1[26])和非蛋白類(lèi)水溶性藥物(如奎寧、吲哚洛爾[27])等的釋放。與疏水藥物的載藥機(jī)制不同，水溶性藥物是在短肽帶電氨基酸的電荷作用下連接于肽側(cè)鏈上并緩慢釋放。既往研究表明兩親性聚合物通常更有利于多肽和(或)蛋白的穩(wěn)定[28]，因此具有兩親性的自組裝短肽RADA16在包載和釋放藥物的過(guò)程中不會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)造成改變，并且在一定程度上還利于蛋白質(zhì)活性的保持。但值得注意的是，由于RADA16帶電氨基酸的電荷性，當(dāng)作為蛋白質(zhì)藥物的遞送載體時(shí)，其釋藥速率可能與蛋白質(zhì)表面所帶的電荷有關(guān)。此外，通過(guò)調(diào)整RADA16濃度亦會(huì)改變其水凝膠的流變學(xué)特性和藥物釋放速率等[18]。

綜合來(lái)看，影響納米自組裝短肽RADA16發(fā)揮釋藥效應(yīng)的因素除了其自身形成的納米纖維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、兩親性特點(diǎn)及帶電荷性質(zhì)外，還與藥物本身的理化特性等相關(guān)。作為一種新型生物材料，雖然目前對(duì)自組裝短肽RADA16的載藥研究仍停留在體外研究，但有理由相信該材料在載藥領(lǐng)域的發(fā)展前景是巨大的。

3 再生醫(yī)學(xué)/組織修復(fù)

在組織工程中，通常認(rèn)為細(xì)胞、支架和信號(hào)生物分子是組織工程的三個(gè)主要組成要素。支架起著承載介導(dǎo)細(xì)胞反應(yīng)和信號(hào)生物分子的關(guān)鍵作用，選擇合適的支架，可為再生細(xì)胞的生存、增殖和分化提供更為有利的3D微環(huán)境。納米自組裝短肽RADA16具有良好生物相容性、降解產(chǎn)物可控及無(wú)免疫原性等特點(diǎn)，易通過(guò)固相方法合成且易修飾，不僅可以作為多種細(xì)胞的3D生長(zhǎng)支架，同時(shí)還可作為修復(fù)損傷和維持機(jī)體組織功能的生物替代物，是組織工程中運(yùn)用較為廣泛的一種新型生物材料，目前多應(yīng)用于神經(jīng)組織、骨組織、皮膚組織等領(lǐng)域的再生研究[29]。

3.1 神經(jīng)組織修復(fù)

神經(jīng)損傷易造成神經(jīng)功能缺損，隨著醫(yī)學(xué)發(fā)展，生物工程技術(shù)為神經(jīng)損傷的修復(fù)提供了新的途徑。早年呂斐等[30]通過(guò)構(gòu)建脊髓損傷動(dòng)物模型，發(fā)現(xiàn)RADA16短肽溶液對(duì)急性脊髓創(chuàng)傷組織具有一定的保護(hù)作用；將其應(yīng)用于大鼠橫斷喉返神經(jīng)損傷的再生修復(fù)亦是有效的[31]。短肽RADA16可為包括神經(jīng)細(xì)胞在內(nèi)的多種干細(xì)胞提供適宜生長(zhǎng)和分化的3D微環(huán)境，近年來(lái)多項(xiàng)研究表明，通過(guò)結(jié)合各種功能肽序列基序，可以制備性能更加優(yōu)越的納米自組裝肽纖維支架。來(lái)自天然蛋白質(zhì)的附加功能基序具有多種生物活性，如促進(jìn)細(xì)胞黏附[32]，促進(jìn)神經(jīng)突起生長(zhǎng)[33]，促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化和遷移[34]等。將功能序列RGD和IKVAV設(shè)計(jì)修飾在RADA16短肽結(jié)構(gòu)上形成RADA16混合短肽并用于大鼠顱內(nèi)出血修復(fù)當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)RADA16混合短肽水凝膠在促進(jìn)神經(jīng)纖維生長(zhǎng)的同時(shí)，還可減少細(xì)胞凋亡、抑制膠質(zhì)細(xì)胞高表達(dá)并降低免疫反應(yīng)[35]。在SD大鼠坐骨神經(jīng)缺損、腦出血、脊髓橫斷3種模型中，RADA16-IKVAV/-RGD可顯著修復(fù)神經(jīng)損傷[36]。近來(lái)，有研究者將RADA16水凝膠與修飾了血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子模擬肽序列的功能肽RADA16水凝膠混合后用于周?chē)窠?jīng)重建，相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，該混合水凝膠支架與單獨(dú)表達(dá)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子或腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子模擬肽表位的支架相比，能更有效促進(jìn)雪旺細(xì)胞的前髓化，以及內(nèi)皮細(xì)胞的黏附和增殖[37]。將RADA16-SVVYGLR水凝膠用于斑馬魚(yú)腦損傷動(dòng)物模型研究中，發(fā)現(xiàn)該水凝膠支架能夠支持神經(jīng)干細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖，除了促進(jìn)新生血管和發(fā)育神經(jīng)生成外，還增強(qiáng)斑馬魚(yú)視頂蓋功能區(qū)域的恢復(fù)[38]。

3.2皮膚組織修復(fù)

在皮膚組織的修復(fù)中，ECM與炎癥因子、細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子等協(xié)同合作完成創(chuàng)傷修復(fù)的過(guò)程[39]。其中ECM能夠連接和支撐細(xì)胞，維持細(xì)胞的生物學(xué)行為，同時(shí)保護(hù)修復(fù)細(xì)胞，促進(jìn)受損表面形成膠原層，以及促進(jìn)傷口收縮，并修補(bǔ)破損的結(jié)構(gòu)組織等[40]。與傳統(tǒng)聚合物修復(fù)材料相比，納米自組裝肽的結(jié)構(gòu)具有仿生性質(zhì)，更類(lèi)似于天然ECM環(huán)境，利于功能型細(xì)胞在受損部位進(jìn)行增殖、遷移、分化等，有助于傷口縫隙組織的再生。孟輝等[41]利用RADA16納米短肽纖維為修復(fù)材料進(jìn)行皮膚燒傷動(dòng)物模型的創(chuàng)面修復(fù)，結(jié)果顯示RADA16治療組中，燒傷創(chuàng)面及傷口周?chē)拿l(fā)生長(zhǎng)和早期分化表皮干細(xì)胞標(biāo)志物角蛋白19的表達(dá)均優(yōu)于殼聚糖修復(fù)組、膠原修復(fù)組及空白對(duì)照組，其修復(fù)機(jī)制可能是RADA16水凝膠為創(chuàng)面修復(fù)提供了模擬體內(nèi)ECM的微環(huán)境，并且其高含水量特性可以使得創(chuàng)面保持一定濕潤(rùn)，有利于各種腺體及細(xì)胞的再生和修復(fù)，同時(shí)也利于修復(fù)后期的膠原蛋白重新排列。Bradshaw等[42]將功能肽FPG(序列FPGERGVEGPGP)連接于RADA16短肽末端并應(yīng)用于皮膚創(chuàng)面修復(fù)，通過(guò)檢測(cè)角化細(xì)胞和真皮成纖維細(xì)胞的增殖情況和遷徙情況，發(fā)現(xiàn)該短肽材料可加強(qiáng)細(xì)胞遷徙，并能夠明顯促進(jìn)傷口愈合。亦有研究以RADA16水凝膠作為載體，應(yīng)用于小鼠皮膚源性前體細(xì)胞再生并取得成功[43]。此外，有研究者將RADA16水凝膠支架與其自主開(kāi)發(fā)的3D彈性支架PLCL結(jié)合用于皮膚缺損修復(fù)研究當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)在RADA16末端修飾添加了P物質(zhì)(一種存在于脊椎動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中的氨基酸神經(jīng)肽)的實(shí)驗(yàn)組，其血管生成能力、間充質(zhì)干細(xì)胞募集能力等都優(yōu)于RADA16未修飾組，故認(rèn)為該組合支架可用作真皮再生過(guò)程中的替代物[44]。

3.3 骨組織修復(fù)

理想的骨組織修復(fù)材料除了應(yīng)具備生物相容性良好的特點(diǎn)外，其產(chǎn)物還應(yīng)可降解，同時(shí)具有良好的骨傳導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性。傳統(tǒng)骨修復(fù)的材料如聚合物、金屬材料、生物玻璃和生物陶瓷等，因其低成骨活性、低生物相容性和低降解速率等缺點(diǎn)，無(wú)法形成具有生物功能的骨組織，難以從根本上實(shí)現(xiàn)修復(fù)缺損的功能[45]。研究者將RADA16短肽水凝膠應(yīng)用于SD大鼠頭頂骨損傷模型研究，通過(guò)X光檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有新骨生成填充，證明RADA16能有效修復(fù)骨損傷[46]。在SD大鼠股骨髁缺損修復(fù)中，RADA16短肽水凝膠能促進(jìn)缺損部位生成更為成熟的新生骨組織，同時(shí)還顯示出一定的儲(chǔ)存和釋放堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子的潛力，促進(jìn)骨愈合[47]。在對(duì)自組裝短肽RADA16的C末端進(jìn)行修飾后，可有效提高成骨前體細(xì)胞黏附、增殖以及成骨分化能力[48]。在RADA16的 C端添加KPSS生物活性基序(序列GGKPSSAPTQLN)后，既可促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖、分化和趨化遷移，在體外培養(yǎng)的椎間盤(pán)模型中，還可在移植后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持活力，發(fā)揮一定的椎間盤(pán)缺損修復(fù)效果[49]。值得注意的是，雖然RADA16在骨組織工程中發(fā)揮出了良好的修復(fù)潛力，但由于RADA16水凝膠的機(jī)械力相對(duì)較弱，在面對(duì)較大的骨缺損或負(fù)重骨缺損時(shí)，還不能提供足夠的機(jī)械支撐。因此，若能將RADA16支架材料與其他具有良好機(jī)械強(qiáng)度的材料相結(jié)合，在骨組織修復(fù)應(yīng)用上將可能取得更好的治療效果。

3.4 其他組織修復(fù)

除以上組織工程修復(fù)的應(yīng)用外，早期亦有納米自組裝短肽RADA16成功用于角膜組織損傷的修復(fù)的報(bào)道[50]。Takeuchi等[51]用2.5%RADA16短肽水凝膠填充大鼠第一磨牙缺損部位，發(fā)現(xiàn)RADA16明顯促進(jìn)牙周缺損愈合。此外，RADA16及其衍生物亦可用于牙周韌帶組織再生[52]、血管生成[53]等的修復(fù)。

4 其他方面應(yīng)用

納米自組裝短肽RADA16-Ⅰ最早由美國(guó)麻省理工學(xué)院和香港大學(xué)的Ellis-Behnke小組發(fā)現(xiàn)可用作止血?jiǎng)54]。Song等[55]研究發(fā)現(xiàn)，2%RADA16水凝膠在大鼠腎切除模型中的止血效應(yīng)與天然高分子材料吸收性明膠海綿一致，但短肽水凝膠在發(fā)揮止血效果的同時(shí)，更能減少材料所帶來(lái)的組織炎癥反應(yīng)。需要注意的是，生物材料在發(fā)揮止血功能的同時(shí)，其血液相容性是否良好亦十分重要。Taghavi等[56]研究分析了不同濃度(0.1%，0.2%，0.3%和0.5%)條件下RADA16的血液相容性，結(jié)果表明該材料與血液接觸時(shí)血液的組成沒(méi)有發(fā)生變化。在臨床前期的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，RADA16水凝膠在兔腹主動(dòng)脈穿刺出血模型中亦能發(fā)揮良好的止血效應(yīng)[57]。截至目前RADA16是納米自組裝短肽止血材料中研究最深入應(yīng)用最廣的一種材料，其商業(yè)產(chǎn)品PuraMatrix也逐漸應(yīng)用于科研實(shí)驗(yàn)和臨床前期研究。隨著探索深入，研究者們?cè)O(shè)計(jì)挑選出不同的功能肽基序與RADA16短肽結(jié)合，研發(fā)出了止血效應(yīng)更優(yōu)良的衍生材料，如RADA16-GRGDS和RADA16-YIGSR，二者能夠在大鼠肝臟打孔出血模型中發(fā)揮更優(yōu)異的止血效果[58]。此外，也有研究報(bào)道利用基因重組技術(shù)將類(lèi)彈性多肽ELP融合到RADA16氨基酸序列上，可形成具有優(yōu)于膠原材料止血效應(yīng)的RADA16功能肽[59]。

除了止血，納米自組裝短肽RADA16亦可應(yīng)用于抗菌肽的相關(guān)研究當(dāng)中?？咕氖谴蠖鄶?shù)生物體內(nèi)產(chǎn)生的抵抗病原體的小分子肽類(lèi)活性物質(zhì)，是機(jī)體內(nèi)天然免疫防御屏障的重要組成部分[60]。目前已分離鑒定出兩千多種抗菌肽，以動(dòng)植物、細(xì)菌來(lái)源的天然抗菌肽為主要來(lái)源。天然抗菌肽一般由10～60個(gè)氨基酸殘基組成，具有兩大特征結(jié)構(gòu)：帶正電荷的氨基酸殘基和疏水氨基酸殘基[61]。天然抗菌肽存在產(chǎn)量較低、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，故研究者們通過(guò)設(shè)計(jì)抗菌肽片段、改變氨基酸序列等途徑來(lái)不斷探索產(chǎn)量更高、甚至具有更高抗菌活性的人工抗菌肽。早年有將納米自組裝短肽材料用于抗菌肽設(shè)計(jì)與研究的代表性報(bào)道[62-63]。雖然納米自組裝抗菌肽的抑菌機(jī)制目前尚未完全闡明，但可以了解到的是自組裝短肽結(jié)構(gòu)中的正電性和疏水成分在其抗菌作用中起重要作用：細(xì)菌具有聚陰離子表面，而納米自組裝抗菌肽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其能與細(xì)菌細(xì)胞膜表面負(fù)電荷產(chǎn)生靜電作用，從而穩(wěn)定吸附于細(xì)菌細(xì)胞膜上，隨后其疏水鏈段與脂質(zhì)膜疏水相互作用，細(xì)胞膜通透性增加，胞膜裂解，抗菌肽進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)作用于胞內(nèi)酶、蛋白質(zhì)、DNA 等物質(zhì)，達(dá)到抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的作用[64-65]。而近年來(lái)，對(duì)離子互補(bǔ)型自組裝短肽抑菌活性的探索研究亦有不斷新發(fā)現(xiàn)。李會(huì)林等[66]探究不同濃度RADA16對(duì)金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、大腸埃希菌三種常見(jiàn)菌株的抑菌效果，發(fā)現(xiàn)0.25% RADA16短肽水凝膠短時(shí)間內(nèi)即能發(fā)揮良好的抑菌活性。將RADA16短肽水凝膠與具有良好抑菌能力的陽(yáng)離子抗菌肽結(jié)合，用于體外抑菌實(shí)驗(yàn)探索，發(fā)現(xiàn)RADA16水凝膠形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)為抗菌肽的持續(xù)釋放作用提供了重要載體平臺(tái)，不僅可以抑制金黃色葡萄球菌繁殖，還可一定程度促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖，增強(qiáng)其成骨能力[67]。

若能進(jìn)一步深入結(jié)合自組裝短肽具有的獨(dú)特自組裝特性、化學(xué)修飾廣泛可能性等特點(diǎn)，納米自組裝抗菌肽材料的研究將有可能為解決抗生素、抗菌劑等持續(xù)使用產(chǎn)生的耐藥性問(wèn)題開(kāi)辟新的解決途徑。

5 小結(jié)與展望

作為一種人工合成的新型納米生物材料，自組裝短肽RADA16成分純凈、性能穩(wěn)定、無(wú)免疫原性且降解產(chǎn)物無(wú)毒、具有較好的生物相容性，是理想的細(xì)胞培養(yǎng)支架材料。RADA16擁有與ECM相似的3D微結(jié)構(gòu)，不僅可為細(xì)胞提供適宜生長(zhǎng)的立體微環(huán)境，也能促進(jìn)受損組織和器官修復(fù)與重建。作為一種可裝載水難溶性藥物、水溶性藥物的智能載體，其在藥物和(或)蛋白緩釋運(yùn)用上也具有一定的潛力。不難發(fā)現(xiàn)，納米自組裝短肽RADA16之所以能夠發(fā)揮優(yōu)越性能，與其本身的自組裝特性、理化性質(zhì)及形成的具有仿生性質(zhì)的3D空間結(jié)構(gòu)相關(guān)。