PEG-PE聚合物胶束对细胞代谢和蛋白聚集的影响

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实验室前期工作发现,两亲性聚乙二醇化磷脂酰乙醇胺(PEG-PE)和两亲性阳离子药物能够在水溶液中通过一步自组装法形成具有较高包封率的直径为18nm的球形载药胶束。药物不仅不改变胶束的形状、大小、内核尺寸、聚集数,还会提高胶束在体内外的稳定性。PEG-PE聚合物胶束在不影响细胞膜完整性的前提下提高膜流动性,提高药物扩散入胞的速率。通过透射电镜和荧光共聚焦显微镜技术,我们发现PEG-PE聚合物胶束插膜后会通过非特异性胞吞途径入胞并累积在细胞内质网上,诱导产生内质网压力。联合一系列分子生物学技术发现,肿瘤细胞对该内质网压力敏感,通过激活非折叠蛋白应答(UPR)最终走向线粒体依赖的细胞凋亡,而且内质网压力导致肿瘤细胞脂质代谢紊乱而生产大量脂滴。然而,正常细胞却能通过UPR负反馈调节蛋白GADD34和抗凋亡Bcl-2家族蛋白的高表达克服PEG-PE聚合物胶束诱导的内质网压力,细胞存活。  蛋白质错误折叠和聚集不仅丧失蛋白正常生物学功能,还会引发疾病。例如胰岛素(insulin)错误折叠和聚集是2-型糖尿病的主要发病原因之一。在体外实验中,我们发现PEG-PE胶束不仅能够抑制二硫苏糖醇(DTT)诱导的insulin聚集体的生成,而且还能解聚已形成的insulin聚集体;在动物模型上,PEG-PE聚合物胶束有效提高了insulin聚集体的降血糖疗效。通过琼脂糖凝胶电泳和质谱学技术,我们进一步发现PEG-PE胶束是通过三个方面实现其对insulin聚集体的抗聚集作用。第一,PEG-PE聚合物胶束核壳层能够给天然insulin、变性的A、B链、小尺寸insulin聚集体提供一个受限空间,避免疏水相互作用力引发的进一步聚集;第二,PEG-PE聚合物胶束能够稳定insulin的二级结构和疏水核心;第三,由于insulin的A、B链间自身具有互相识别以形成天然结构的信息,所以在受限空间内A、B链能够互相识别、形成正确二硫键。当insulin同时形成正确的二级结构、疏水核心和二硫键,最终生成天然insulin分子。  通过以上研究,一方面我们考察了PEG-PE聚合物胶束在不同类型细胞上的毒性效应及对细胞代谢和功能的影响,为将来研究纳米材料安全性及应用性提供了一定的方向;另一方面我们考察了PEG-PE聚合物胶束对DTT诱导的insulin聚集过程中发挥的抗聚集作用,为将来蛋白质构象病的干预性治疗提供了一定的研究思路。
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