近日，松山湖材料實驗室生物界面團隊與納米生物材料團隊合作，在單分子尺度研究領域取得重要突破，首次揭示了質子化調控的pHLIP（pH低插入肽）構象轉變及跨膜動力學過程。相關成果已發表于《美國化學學會納米雜志》（ACS Nano）。
質子化驅動pHLIP構象變化及插膜動力學過程示意圖。研究團隊供圖
細胞膜與內源性和外源性分子的復雜相互作用是多種生物過程的基礎，也為醫療發展提供了重要依據。其中，pHLIP多肽因其獨特的pH響應特性成為研究分子跨膜機制的理想模型——它能在不破壞膜結構的情況下實現跨膜插入，在癌癥診斷和藥物遞送領域具有廣闊應用前景，目前多個變體已進入臨床前測試階段。
近期，針對pHLIP跨膜插入途徑的研究雖取得一定進展，利用停流圓二色譜、熒光光譜和固態核磁共振等技術，揭示了插入過程中的“中間態”及pH依賴的“熱力學中間態”，但這些系綜技術存在局限性，難以精確定位膜內中間態的位置、停留時間及其與熱力學態的關聯，更無法捕捉單個肽分子的動態變化。
為攻克這一難題，研究團隊依托近年來發展的單分子熒光技術，首次在單分子尺度上揭示了質子化調控的pHLIP構象轉變及跨膜動力學過程。他們通過實時追蹤野生型pHLIP及其三種變體的跨膜轉運，鑒定出三種膜內"亞穩態構象"，并闡明了這些構象在插膜過程中的動態轉換機制。研究發現，這些轉變源于質子化肽與脂質微環境的相互作用，且可通過C端可質子化殘基進行調控。
該研究成果不僅揭示了殘基質子化對分子構象及其跨膜動力學的重要影響，更為藥物遞送系統設計提供了全新的思路和方向。
相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c18301