蛋白质作为生命体系的核心功能分子,其表达、功能与清除的精准调控对维持生命体平衡至关重要。
当某些蛋白质发生异常变化——无论是在错误的时间、错误的组织部位过量表达,还是出现功能异常——都可能引发疾病。
这类异常蛋白被称为"致病蛋白",如何在复杂的生命体系中对其进行精准清除,一直是化学生物学和生命科学领域面临的重大科学难题。
近年来,靶向蛋白质降解技术为解决这一问题提供了新思路。
该技术通过调控靶蛋白的泛素化修饰,利用细胞内天然存在的蛋白酶体系统进行特异性降解,为选择性清除致病蛋白提供了全新策略。
然而,现有技术在体内应用时存在明显不足:既难以精准控制蛋白质降解的时间节点,也难以确保其在特定组织中的空间选择性,导致降解效率下降、脱靶风险增加。
中国科学院化学研究所汪铭研究团队通过融合超分子化学与蛋白质化学生物学的前沿理念,成功破解了这一难题。
研究团队采用金属-有机笼多级自组装技术,制备出结构稳定、表面可功能化的超分子纳米粒子。
在此基础上,团队在纳米粒子表面原位组装靶蛋白招募配体与E3泛素连接酶招募配体,构建出超分子靶向嵌合体,从而实现对靶蛋白泛素化修饰与降解的精准调控。
这一创新体系具有三大突出特点。
首先具有可编程特性,通过更换不同的靶蛋白招募配体,可实现多种蛋白质的协同降解,灵活适配清除不同致病蛋白的需求。
其次具有空间组织选择性,通过调控其表面物理化学性质及在体内的受体识别作用,可建立肺、肝等特定组织中靶蛋白的精准降解方法。
研究团队成功实现了肺部长链酰基辅酶A合成酶的靶向降解,显著抑制了脂多糖诱导的肺细胞铁死亡及炎症反应。
最为创新的是,研究团队引入生物正交激活策略,对蛋白质招募配体进行"锁定-激活"化学设计。
通过外源小分子触发超分子靶向嵌合体的原位激活,实现了特定时间窗口内的蛋白质精准降解,从根本上解决了传统技术难以精准控制蛋白质降解时机的难题。
在验证阶段,研究表明超分子靶向嵌合体在包括非人灵长类动物在内的多种模型中均表现出稳定、高效的时空可控蛋白质降解性能。
这意味着该技术已具备向临床应用转化的基础。
该嵌合体突破了传统靶向蛋白降解技术的时空调控边界,为细胞及活体内蛋白质的定时、定点降解提供了研究平台。
该研究成果深度融合了超分子化学与化学生物学的交叉优势,不仅为复杂生命体系中蛋白质稳态调控提供了全新策略,更在疾病机制解析、创新药物靶点发现等领域展现出巨大应用潜力。
专家认为,这项突破有望推动靶向蛋白质降解技术向临床转化迈出关键一步,为神经退行性疾病、炎症性疾病、肿瘤等多类疾病的治疗开辟新的可能性。
生命体系的秩序,既依赖蛋白质的精确表达,也取决于其在适当时刻被“及时清除”。
从“能否降解”迈向“定时、定点、可编程地降解”,体现的是我国在交叉学科创新与原创工具平台建设上的持续突破。
随着更多机制研究与转化验证的推进,如何把“精准清除”这一科学能力转化为可负担、可推广的诊疗方案,将成为该方向下一阶段的关键命题。