肽基超分子膠體

邢蕊蕊，鄒千里，閆學(xué)海

中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所，生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190

1 引言

超分子化學(xué)是基于分子間的非共價(jià)鍵相互作用(如氫鍵力、靜電力、疏水作用、π-π作用以及范德華力等)而形成分子聚集體的前沿科學(xué)。在膠體化學(xué)的基礎(chǔ)上，超分子化學(xué)的發(fā)展深化了人們對(duì)分子間的識(shí)別和組裝的理解，推動(dòng)了新物質(zhì)及新功能的創(chuàng)造及發(fā)展1-7。傳統(tǒng)的膠體如顆粒、囊泡、膠束、膜、介晶等，為兼具丁達(dá)爾效應(yīng)、介穩(wěn)性、電泳及聚沉效應(yīng)等的系列膠狀分散體系。它們廣泛存在于自然界中，是多種復(fù)雜結(jié)構(gòu)及功能的重要組成部分8,9。然而，傳統(tǒng)膠體體系難以滿(mǎn)足新型功能材料和仿生材料對(duì)分子多層級(jí)、多尺度有序排列的需求10-14?！俺肿幽z體”是基于分子之間弱相互作用的協(xié)同，自下而上自發(fā)形成的，具有有序的分子排布及規(guī)整結(jié)構(gòu)，并兼具傳統(tǒng)膠體及超分子特性的組裝體系，其是膠體與界面化學(xué)和超分子化學(xué)學(xué)科發(fā)展有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。

基于肽自組裝的超分子膠體，因其特有的生物安全性、可降解性、可調(diào)的結(jié)構(gòu)及功能等，在分子仿生、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值15-25。肽分子具有氨基酸規(guī)律排列且高度穩(wěn)定的一級(jí)結(jié)構(gòu)，在多重弱相互作用力的協(xié)同下，展現(xiàn)出了優(yōu)異的多級(jí)組裝能力，從而有潛力實(shí)現(xiàn)具有高級(jí)結(jié)構(gòu)的功能膠體的構(gòu)筑26-28。相對(duì)于傳統(tǒng)的膠體，分子間弱相互作用力特有的動(dòng)態(tài)性和方向性，賦予了肽基超分子膠體靈活可調(diào)的結(jié)構(gòu)和功能29-35：1)通過(guò)對(duì)肽分子組裝過(guò)程中熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)的有效調(diào)控，能夠?qū)崿F(xiàn)多級(jí)、多尺度的顆粒、囊泡、纖維束、凝膠等膠體結(jié)構(gòu)的可控組裝；2)肽基超分子膠體的可逆性、自愈性、環(huán)境響應(yīng)性等物理化學(xué)特征，為實(shí)現(xiàn)膠體材料的智能化及功能化創(chuàng)造了靈活、有效手段。同時(shí)，肽分子具有高的安全性及特有的生物活性，拓展了肽基超分子膠體的應(yīng)用范圍。

結(jié)合肽分子結(jié)構(gòu)明確、可編輯、高生物安全性及優(yōu)異的超分子組裝能力等優(yōu)勢(shì)，以肽作為構(gòu)筑基元，通過(guò)對(duì)其分子的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)及分子間作用力的有效調(diào)控，構(gòu)筑肽自組裝的功能性超分子膠體，不僅豐富了膠體的制備途徑，同時(shí)為超分子膠體的功能化應(yīng)用提供了新的前景36-39。然而，肽基超分子膠體的研究也面臨著重要的挑戰(zhàn)：組裝基元的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)及組裝過(guò)程的有效調(diào)控為豐富的膠體結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑奠定了基礎(chǔ)，如何從分子設(shè)計(jì)出發(fā)，發(fā)展超分子自組裝的方法學(xué)，實(shí)現(xiàn)具有特定結(jié)構(gòu)的超分子膠體的構(gòu)筑是目前所面臨的挑戰(zhàn)之一；深入探究膠體結(jié)構(gòu)與功能的構(gòu)效關(guān)系，實(shí)現(xiàn)超分子組裝體的功能化是所面臨的另一挑戰(zhàn)。本綜述將基于肽基超分子膠體研究領(lǐng)域所面臨的關(guān)鍵性科學(xué)問(wèn)題展開(kāi)討論，對(duì)肽基超分子膠體在能源光催化、疾病光診療領(lǐng)域的應(yīng)用做重點(diǎn)論述。

2 超分子作用與肽基膠體結(jié)構(gòu)

肽具有明確的生物來(lái)源及高的生物安全性，因此在生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。作為蛋白質(zhì)的簡(jiǎn)單組成基元，肽在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜蛋白質(zhì)行為及功能的模擬，研究肽的超分子組裝性質(zhì)，為深入理解蛋白質(zhì)的自組裝行為開(kāi)辟了新的途徑40,41。在超分子組裝的驅(qū)動(dòng)下，肽分子能夠被操縱形成多種結(jié)構(gòu)明確、性能穩(wěn)定的膠體體系。而肽自組裝的超分子膠體的構(gòu)筑通常涉及到兩種或多種非共價(jià)作用的協(xié)同42。從分子層次出發(fā)，通過(guò)對(duì)肽序列的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，調(diào)控肽分子-肽分子、肽分子-其它分子等間的相互作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)膠體結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控，是一種行之有效的策略。

2.1 肽自組裝

肽自組裝的超分子膠體的構(gòu)筑依靠于肽分子(如線性肽、兩親性肽、環(huán)肽、芳香肽、樹(shù)突狀肽等)間非共價(jià)鍵力的作用，這些弱相互作用力是驅(qū)動(dòng)肽分子組裝并維持膠體穩(wěn)定的關(guān)鍵因素43,44。如，氫鍵作用強(qiáng)度適中，并具有方向性和一定程度的選擇性，在穩(wěn)定肽鏈的二級(jí)結(jié)構(gòu)以及維持蛋白質(zhì)三維構(gòu)象方面發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，氫鍵驅(qū)動(dòng)自組裝是一種被廣泛應(yīng)用于構(gòu)筑穩(wěn)定有序的超分子膠體的重要方法；靜電組裝技術(shù)常被應(yīng)用于構(gòu)筑基于帶電肽的二元或多元顆粒、薄膜、三維凝膠等膠體體系；π-π堆積通常發(fā)生于基于芳香肽的膠體的定向組裝；疏水作用自身存在著無(wú)方向性的特質(zhì)，更容易驅(qū)動(dòng)肽分子向膠束的組裝；范德華力在兩親性肽的超分子組裝過(guò)程中，發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。肽自組裝的超分子膠體的結(jié)構(gòu)及功能的實(shí)現(xiàn)，主要依賴(lài)于超分子相互作用，而影響超分子作用的關(guān)鍵因素主要包括了組裝環(huán)境的變化及組裝基元自身的特征4,31,45。

苯丙氨酸二肽(FF)是一種最常用的超分子組裝模塊，Li及其團(tuán)隊(duì)對(duì)基于FF的系列超分子膠體體系，如納米管、球形囊泡、納米纖維、納米線和有序分子鏈等作了詳細(xì)綜述6。在氫鍵作用及芳香族殘基的π-π堆積作用下，F(xiàn)F可組裝形成長(zhǎng)程有序的納米管結(jié)構(gòu)18；在FF分子內(nèi)引入巰基可改變肽的超分子自組裝特性，如半胱氨酸二苯基丙氨酸三肽(CFF)能夠自組裝成球形囊泡結(jié)構(gòu)46；FF在甲苯、氯仿等有機(jī)溶劑中，能夠自組裝形成三維水凝膠47；FF能夠在二硫化碳(CS2)中自組裝成單分散的剛性納米線48。因此，通過(guò)對(duì)肽基元的分子結(jié)構(gòu)、帶電情況、親疏水性質(zhì)以及組裝環(huán)境(溫度、pH值、微量溶劑)等的精準(zhǔn)調(diào)控，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)肽自組裝的超分子膠體的結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控。Lu及其團(tuán)隊(duì)在對(duì)基于兩親性肽的超分子膠體的綜述中21，也提出了超分子作用對(duì)膠體結(jié)構(gòu)的重要影響。比如，肽的序列和長(zhǎng)度對(duì)組裝結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了明顯影響，肽分子I4K2可形成螺旋構(gòu)象的纖維結(jié)構(gòu)，而肽分子KI4K更傾向于生成納米管結(jié)構(gòu)49；AC-AmK-NH2(m=3, 6, 9)系列肽，隨著疏水尾長(zhǎng)m的延長(zhǎng)，組裝體結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀發(fā)生明顯變化，A3K傾向于形成不穩(wěn)定的折疊堆積結(jié)構(gòu)，A6K傾向于形成長(zhǎng)的納米管或納米纖維結(jié)構(gòu)，而A9K傾向于自組裝成短的納米棒結(jié)構(gòu)(圖1a)，這種結(jié)構(gòu)變化與分子堆積中的熵效應(yīng)及靜電斥力的改變有關(guān)50。

圖1 (a) Ac-AmK-NH2 (m = 3, 6, 9) 肽的組裝行為50；(b)焓ΔH及肽的組裝形貌與含水量的關(guān)系31Fig.1 (a) Schematic illustrations of Ac-AmK-NH2 (m = 3, 6, 9) peptide self-assembly 50.(b) Dependence of ΔH and morphology of peptide assemblies on the content of water 31.

Yan等45在前期工作中闡明了微量溶劑在橋連氫鍵驅(qū)動(dòng)下的肽基超分子膠體構(gòu)筑中所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。具有氫鍵形成能力的有機(jī)溶劑(如乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和丙酮等)，能夠直接影響FF二肽分子中C―O與N―H之間的氫鍵相互作用。對(duì)比于FF在常規(guī)有機(jī)溶劑中表現(xiàn)出的強(qiáng)結(jié)晶傾向，定向的氫鍵作用，促進(jìn)了FF的有序排列，使得FF更傾向于組裝成為規(guī)整的納米纖維或納米帶結(jié)構(gòu)(圖1b)。

除肽的序列及長(zhǎng)度，以及組裝環(huán)境對(duì)超分子組裝行為的影響外，肽的固有屬性在某種程度上決定了膠體的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。相對(duì)于線性肽，環(huán)肽具有高的分子剛性，因此它在生物體內(nèi)表現(xiàn)出了低的降解率及高的生理穩(wěn)定性51。環(huán)二肽(CDPs)是最小的環(huán)狀肽，作為次級(jí)代謝產(chǎn)物，具有多種生物功能及藥理活性。特別是，環(huán)二肽分子內(nèi)含有兩個(gè)氫鍵給體和兩個(gè)氫鍵受體，在強(qiáng)的氫鍵力驅(qū)動(dòng)下，環(huán)二肽表現(xiàn)出了高的超分子組裝特性，能夠組裝形成三維的凝膠體系52。Yan等53選用了環(huán)-亮氨酸-苯丙氨酸(cyclo-(Leu-Phe)，C-LF)作為組裝基元，研究了其在純水、緩沖液、培養(yǎng)基、酶裂解液中的組裝行為，結(jié)果表明，C-LF能夠在多種介質(zhì)內(nèi)組裝形成三維凝膠并維持穩(wěn)定，自組裝的超分子凝膠表現(xiàn)出了靈活的流變學(xué)性質(zhì)及極端環(huán)境下的高穩(wěn)定性，這都?xì)w因于分子間強(qiáng)大的超分子氫鍵的作用(圖2)。

2.2 肽調(diào)控協(xié)同自組裝

圖2 環(huán)肽C-LF組裝形成纖維水凝膠。AAMD計(jì)算模擬指示出了分子內(nèi)相互作用(白色、銀色、藍(lán)色和紅色分別代表了氫、碳、氮和氧原子) 53Fig.2 Schematic illustration of C-LF self-assembling into fibrous hydrogels.AAMD simulations elucidating the intermolecular interactions in the hydrogels (white,silver, blue, and red spheres represent hydrogen,carbon, nitrogen, and oxygen atoms, respectively) 53.

除了上述通過(guò)對(duì)肽分子的設(shè)計(jì)及環(huán)境調(diào)控，實(shí)現(xiàn)其超分子膠體的可控組裝之外，充分利用肽豐富的分子間作用位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)包含肽分子在內(nèi)的二元或多元分子的協(xié)同組裝，不僅為多種弱相互作用協(xié)同，構(gòu)筑超分子膠體奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，還能夠進(jìn)一步豐富肽自組裝的超分子膠體的結(jié)構(gòu)和功能54-56。

受到自然界中天然色素蛋白質(zhì)的啟發(fā)，Yan課題組提出了“肽調(diào)控光敏分子協(xié)同自組裝”的方法，并深入研究了肽基超分子膠體自組裝的物理化學(xué)機(jī)制4。簡(jiǎn)而言之，“肽調(diào)控協(xié)同自組裝”就是基于對(duì)肽分子的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)其分子間超分子相互作用的協(xié)同性調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)肽與光敏分子組裝過(guò)程中熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)超分子膠體的結(jié)構(gòu)及功能的有效控制，它是一種簡(jiǎn)單、精準(zhǔn)且有效的策略。

兩親性肽分子FF (微酸環(huán)境帶正電荷，F(xiàn)F+)調(diào)控水溶性的卟啉分子H2TPPS (微酸環(huán)境帶負(fù)電荷，[H2TPPS]2-)組裝，傾向于形成多孔、多室的微球結(jié)構(gòu)(圖3a)。在這個(gè)組裝過(guò)程中，H2TPPS先是以J-聚集的排布模式組裝成纖維，在靜電作用及疏水作用力的協(xié)同下，F(xiàn)F調(diào)控纖維束的定向排布和生長(zhǎng)，最終形成高度有序的微球結(jié)構(gòu)57；當(dāng)用親水性的肽分子KK替代兩親性肽分子FF之后，膠體的結(jié)構(gòu)不再是微球，而是轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)程有序的纖維束(圖3b)。在這個(gè)過(guò)程中，H2TPPS先是通過(guò)分子間的ππ堆積形成J-聚集模式的納米棒，由于長(zhǎng)程靜電斥力和短程范德華引力之間的平衡，最終自發(fā)堆積成為了有序的纖維束58。正是由于組裝基元FF與KK的親疏水性質(zhì)的差異，使得其在調(diào)控同一光敏分子的組裝時(shí)，表現(xiàn)出了不同的超分子作用力的協(xié)同，進(jìn)而影響了膠體的分子排布模式及結(jié)構(gòu)59。

3 超分子作用與肽基膠體性質(zhì)

超分子作用對(duì)肽自組裝的超分子膠體的構(gòu)筑，及膠體的物理化學(xué)性質(zhì)具有調(diào)控作用，特別是實(shí)現(xiàn)對(duì)其組裝模式、能量轉(zhuǎn)化、穩(wěn)定性等的調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了膠體功能的多樣化。

3.1 組裝模式的影響

芳香族肽是一類(lèi)整合了芳香基團(tuán)與疏水基團(tuán)的組裝基元，在多種分子間相互作用，特別是疏水作用、氫鍵作用、π-π堆積和范德華力等的驅(qū)動(dòng)下，它們能夠通過(guò)多尺度分層組裝過(guò)程，自組裝形成有序膠體結(jié)構(gòu)。其中，N-芴甲氧羰基修飾的二苯基丙氨酸肽(Fmoc-FF)是一種典型的超分子膠體構(gòu)筑基元，它能夠組裝成纖維狀的三維水凝膠，在傳感、細(xì)胞培養(yǎng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用60,61。Ulijn課題組61報(bào)道了此淀粉樣衍生肽能夠通過(guò)N-芴甲氧羰基與苯環(huán)基團(tuán)之間的π-π內(nèi)鎖的β-折疊(π-πinterlocked β-sheets)結(jié)構(gòu)，形成納米柱(圖4a)，并進(jìn)一步三維纏繞成為超分子水凝膠(圖4b，c)。即，在氫鍵以及π-π堆積作用力的驅(qū)動(dòng)下，F(xiàn)moc-FF傾向于形成具有反平行β-折疊二級(jí)結(jié)構(gòu)的纖維水凝膠。

圖3 (a) FF-H2TPPS微球組裝機(jī)理示意圖57；(b)單個(gè)微球橫截面掃描電鏡圖像，顯示多孔形貌57；(c) KK-H2TPPS纖維束組裝機(jī)理示意圖58；(d)纖維束的共聚焦顯微鏡照片，顯示紅光致發(fā)光58Fig.3 (a) Proposed mechanism for the self-assembly of FF-H2TPPS microspheres 57.(b) SEM image of a single microsphere cross-section showing porous structures 57.(c) Proposed mechanism for the formation of KK-H2TPPS fiber bundles 58.(d) Confocal image of fiber bundles showing red photoluminescence 58.

在上述基礎(chǔ)上，Yan等62發(fā)展了一種Fmoc-FF組裝過(guò)程中的二級(jí)結(jié)構(gòu)由β-折疊向α-螺旋轉(zhuǎn)變的電荷誘導(dǎo)策略(圖4d)。通過(guò)對(duì)肽分子C末端所帶電荷的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)分子末端靜電作用的有效調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)其超分子組裝模式的精準(zhǔn)控制。通過(guò)對(duì)肽基元的超分子作用力的簡(jiǎn)單調(diào)控，實(shí)現(xiàn)組裝體的二級(jí)結(jié)構(gòu)由錯(cuò)誤的β-折疊聚集向α-螺旋的轉(zhuǎn)變，有助于了解阿爾茲海默癥等神經(jīng)性退行性疾病的發(fā)病機(jī)制，為理解超分子組織和生命活動(dòng)中二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和轉(zhuǎn)變提供了新的視角63。同時(shí)，超分子作用的調(diào)控進(jìn)一步拓寬了具有α-螺旋結(jié)構(gòu)的肽基膠體的功能性及應(yīng)用范圍。

3.2 能量轉(zhuǎn)化途徑的影響

肽調(diào)控光敏分子自組裝，能夠?qū)崿F(xiàn)多種膠體結(jié)構(gòu)的有效構(gòu)筑。同時(shí)，通過(guò)對(duì)其超分子作用力的精準(zhǔn)調(diào)控，也能夠?qū)崿F(xiàn)肽基膠體對(duì)光能的吸收及能量的可控轉(zhuǎn)化。對(duì)于光敏分子而言，光能的主要轉(zhuǎn)化途徑為“熒光”(活性氧)路徑及“熱”路徑。而如何實(shí)現(xiàn)對(duì)上述兩條能量轉(zhuǎn)化路徑的有效調(diào)控，無(wú)論是對(duì)于深入理解生命進(jìn)化，或是發(fā)展高效的光功能膠體都具有重要意義。

Yan課題組64利用簡(jiǎn)單的陽(yáng)離子二肽分子(HPhe-Phe-NH2·HCl，CDP)及改性的氨基酸(Fmoc-LLys)調(diào)控疏水性的光敏分子二氫卟吩e6 (Ce6)進(jìn)行超分子協(xié)同組裝，實(shí)現(xiàn)了π-π堆積、靜電作用及疏水作用協(xié)同下的超分子膠體的構(gòu)筑(圖5a)。在多重超分子作用力的協(xié)同下，此膠體顆粒在血液循環(huán)過(guò)程中，能夠維持分子聚集，實(shí)現(xiàn)熒光淬滅，并保持高度穩(wěn)定性。在特定生理環(huán)境下(如腫瘤微環(huán)境：低pH值、酶等)，超分子作用減弱達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，響應(yīng)性釋放出光敏分子，進(jìn)一步完成光能向熒光及活性氧物種的高效轉(zhuǎn)化。在另外一個(gè)工作中，Yan等65通過(guò)共價(jià)耦合實(shí)現(xiàn)了肽/卟啉復(fù)合分子(TPP-G-FF)的合成，在π-π作用及疏水作用力的協(xié)同下，TPP-G-FF能夠自組裝形成分子排布緊密的光熱納米點(diǎn)(圖5b)。其中，強(qiáng)的π-π堆積導(dǎo)致了分子熒光的完全淬滅，進(jìn)而抑制了活性氧的生成，使得膠體納米點(diǎn)展現(xiàn)出了高效的光熱轉(zhuǎn)換。同時(shí)，擁有負(fù)電荷表面的膠體納米點(diǎn)，在靜電斥力的作用下，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期的膠體儲(chǔ)存穩(wěn)定性和血液循環(huán)穩(wěn)定性。上述研究結(jié)果表明，超分子作用的合理設(shè)計(jì)可以有效控制肽基膠體的光能轉(zhuǎn)化模式。

圖4 (a)反平行β-折疊排列的Fmoc-FF肽的模型結(jié)構(gòu)61；(b) Fmoc-FF自組裝形成透明的凝膠61；(c)冷凍掃描顯微鏡顯示凝膠的微觀結(jié)構(gòu)為扁平的纖維束61；(d)提出了以β-折疊和α-螺旋二級(jí)結(jié)構(gòu)為主的納米纖維自組裝機(jī)理62Fig.4 (a) A model structure was created of Fmoc-FF peptides arranged in an anti-parallel β-sheet pattern 61.(b) Fmoc-FF forms a self-supporting transparent hydrogel 61.(c) The microscopic structure as observed by cryo-SEM presents flat bundles of fibers 61.(d) Proposed mechanism for the self-assembly of nanofibers dominated with β-sheet and α-helix secondary structures 62.

圖5 (a)基于兩親性肽或氨基酸構(gòu)筑光動(dòng)力腫瘤治療納米顆粒64；(b)納米顆粒在細(xì)胞層次的內(nèi)在化，其中紅色表示光敏劑64；(c)肽-卟啉的共軛物(TPP-G-FF)自組裝構(gòu)筑光熱納米點(diǎn)65；(d)隨激光強(qiáng)度變化，納米點(diǎn)在水溶液中的升溫情況65Fig.5 (a) Fabrication of photodynamic nanoparticles by amphiphilic dipeptide- or amino-acid-tuned self-assembly 64.(b) Cell internalization of the assembled NPs in vitro, the red represents photosensitizer 64.(c) Self-assembly of a peptide-porphyrin conjugate (TPP-G-FF) into photothermal peptide-porphyrin nanodots 65.(d) Temperature elevation of nanodots in water in dependence of light intensity 65.

近期的工作中，Yan等66發(fā)現(xiàn)氧氣在含酪氨酸的肽(Z-Tyr-OH，ZY；Z-Tyr-His-Tyr-Gly-OH，Z-YHYG)的進(jìn)化過(guò)程中的重要作用：在富氧的環(huán)境下，它們傾向于組裝成為具有光熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)的膠體；在乏氧的環(huán)境下，它們傾向于組裝成為具有熒光效應(yīng)的膠體。這種基于對(duì)環(huán)境因素的簡(jiǎn)單調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)能量轉(zhuǎn)化途徑的精準(zhǔn)調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)具有特定功能的肽基膠體的定向組裝。

3.3 穩(wěn)定性的影響

通過(guò)引入強(qiáng)的疏水作用，增強(qiáng)超分子膠體在多種環(huán)境下，特別是在生理環(huán)境中的穩(wěn)定性，已被證實(shí)是一種有效的策略。通過(guò)引入金屬離子，實(shí)現(xiàn)多種弱相互作用與金屬配位作用的協(xié)同，構(gòu)筑新型的肽自組裝的超分子膠體，在引入功能(如成像等)的同時(shí)，可顯著增強(qiáng)膠體的穩(wěn)定性67-69。

Yan等70報(bào)道了一種通過(guò)多組分配位自組裝設(shè)計(jì)智能肽基超分子光動(dòng)力金屬納米藥物的策略。作者選用了兩種具有金屬配位能力的肽作為組裝基元，包括兩親性氨基酸Fmoc-His (Fmoc-H)及兩親性二肽Z-His-Phe (Z-HF)，用于與金屬鋅離子(Zn2+)的配位組裝(圖6a，b)。所構(gòu)筑的金屬納米藥物表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：此膠體藥物是通過(guò)金屬配位作用和多種弱相互作用(疏水作用、靜電作用等)的協(xié)同形成的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了血液循環(huán)的高穩(wěn)定性和腫瘤微環(huán)境的“爆發(fā)式”藥物釋放(pH和氧化還原環(huán)境下，圖6c)。在另外的工作中，兩親性氨基酸(Fmoc-L、Fmoc-H、Fmoc-P、Fmoc-Y)協(xié)同自組裝金屬離子(Mn2+)，同時(shí)包裹光敏分子Ce6，實(shí)現(xiàn)了多組分的膠體平臺(tái)的構(gòu)筑。在疏水、π-π堆積以及金屬配位作用的協(xié)同下，構(gòu)筑的膠體材料展現(xiàn)出了高的穩(wěn)定性，同時(shí)，金屬離子Mn2+的引入，擴(kuò)展了膠體藥物在磁共振成像(MRI)方面的應(yīng)用(圖6d)71。

圖6 (a) Zn2+存在下，肽與光敏劑協(xié)同作用構(gòu)建金屬納米藥物70；(b)金屬納米藥物的透射電鏡圖片70；(c)金屬納米藥物對(duì)pH和GSH變化的超靈敏反應(yīng)70；(d) Mn2+存在下，肽與光敏劑協(xié)同組裝構(gòu)筑磁共振成像/光動(dòng)力診療一體化平臺(tái)71Fig.6 (a) Construction of metallo-nanodrugs through cooperative coordination of peptides and photosensitizers in the presence of zinc ions.(b) TEM images of the metallo-nanodrugs.(c) The ultrasensitive response of metallo-nanodrugs to pH and GSH changes 70.(d) Construction of integrated MRI/PDT platform through cooperative coordination of peptides and photosensitizers in the presence of manganese ions 71.

4 肽基超分子膠體的應(yīng)用

肽自組裝的超分子膠體因其制備簡(jiǎn)單、生物適用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)已得到了廣泛的應(yīng)用?；诔肿踊瘜W(xué)的理念，非共價(jià)鍵特有的動(dòng)態(tài)性及方向性，進(jìn)一步推動(dòng)了膠體材料的組裝可調(diào)性及智能響應(yīng)性。在此部分，我們將著重于介紹“分子間相互作用”調(diào)控下的肽基超分子膠體在仿生光合成及腫瘤光治療領(lǐng)域的應(yīng)用。如，以氨基酸、寡肽、卟啉等生物小分子作為膠體的構(gòu)筑基元，通過(guò)超分子自組裝的手段構(gòu)筑系列仿生光合成膠體體系，用于模擬自然界光合系統(tǒng)的光能催化與轉(zhuǎn)化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)光能的吸收、利用及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化生成(如氫氣/氧氣的產(chǎn)生、二氧化碳的還原等)。再者，通過(guò)超分子化學(xué)的策略，解決光敏藥物/色素分子在光動(dòng)力/光熱抗腫瘤領(lǐng)域的應(yīng)用限制(如，全身光毒性、利用率低、靶向性差等)，實(shí)現(xiàn)光敏藥物的智能響應(yīng)、高效遞送及增強(qiáng)的腫瘤光治療。

4.1 仿生光合成

肽分子能夠通過(guò)分級(jí)的超分子自組織構(gòu)筑具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生物功能體系。自然界中的光合成系統(tǒng)能高效的將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，受此啟發(fā)，如何基于超分子物理化學(xué)機(jī)制，模擬光合成系統(tǒng)中蛋白質(zhì)、色素等的組織排布，實(shí)現(xiàn)光能捕獲、能量轉(zhuǎn)化及催化反應(yīng)等，成為構(gòu)筑仿生體系并實(shí)現(xiàn)光化學(xué)合成的關(guān)鍵難點(diǎn)。Yan等72-77利用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的氨基酸/肽及卟啉等生物分子，通過(guò)超分子自組裝機(jī)制，構(gòu)筑了系列光功能超分子膠體，用于模擬光合成體系，實(shí)現(xiàn)仿生的分子排布及光物理化學(xué)過(guò)程。這種基于生物分子作用力協(xié)同和調(diào)控的方法，為仿生體系的設(shè)計(jì)和創(chuàng)建帶來(lái)了新的啟示78。

光合成細(xì)菌是自然界中普遍存在、具有原始光能合成功能的生物體，受到綠色硫細(xì)菌的捕光單元-綠色體中菌綠素的J-聚集多級(jí)排布的啟發(fā)，他們以簡(jiǎn)單的親水性二肽分子(KK)和卟啉(TPPS)作為超分子組裝基元，基于二元組分的協(xié)同自組裝，通過(guò)調(diào)控分子間的氫鍵、靜電作用等，實(shí)現(xiàn)了多尺度、長(zhǎng)程有序的纖維束膠體的制備。其中，卟啉分子的J-聚集取向排布，模擬了菌綠素的組織結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了吸收可見(jiàn)光和能量傳遞；原位礦化的二氧化鈦/鉑納米顆粒，實(shí)現(xiàn)了電荷分離及電子存儲(chǔ)。因此，在可見(jiàn)光照射下，肽組裝形成的光功能纖維束能夠有效的耦合光能捕獲、電荷分離和光催化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)、高效的氫氣產(chǎn)生(圖7)74。

藍(lán)細(xì)菌是有著悠久歷史的產(chǎn)氧生物，它依靠PS II蛋白質(zhì)復(fù)合物實(shí)現(xiàn)了光能利用。Yan等75利用了簡(jiǎn)單分子模擬復(fù)雜的PS II體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)催化產(chǎn)氧反應(yīng)的精準(zhǔn)調(diào)控。兩親性氨基酸(Fmoc-L-Lys)基于氫鍵及π-π堆積自組裝形成纖維模板，進(jìn)一步與左旋多巴-醌發(fā)生席夫堿反應(yīng)，形成生物黏附層。在配位作用及靜電作用的共同驅(qū)動(dòng)下，金屬卟啉分子(SnTPyP)和Co3O4納米顆粒組裝至纖維表面的黏附層。其中，金屬卟啉的有序排布模擬了細(xì)菌中的捕光單元，醌模擬了產(chǎn)氧光合成系統(tǒng)中活性中心，進(jìn)而用簡(jiǎn)單膠體體系仿生了復(fù)雜的產(chǎn)氧光合成作用(圖8)。

圖7 (a)卟啉(TPPS)和二肽分子(KK)自進(jìn)化成原始光合系統(tǒng)；(b)礦化有TiO2納米顆粒的TPPS/KK纖維束的透射電子顯微鏡圖；(c) TPPS/KK/Pt, TPPS/KK/TiO2和TPPS/KK/TiO2/Pt纖維束時(shí)間依賴(lài)的氫氣生成74Fig.7 Self-evolution of porphyrin (TPPS) and dipeptide (KK) to a model of a primitive photosystem;(b) TEM image of TPPS/KK fiber bundles mineralized with TiO2 nanoparticles; (c) Time dependence of H2 evolution on TPPS/KK/Pt, TPPS/KK/TiO2, and TPPS/KK/TiO2/Pt fiber bundles 74.

熱能和光能為原始地球中最為普遍的兩種能量模式，一般情況下，“水熱”體系啟迪了多種生命活動(dòng)。因此，基于前生物分子在火山熱液體系的自進(jìn)化，Yan等73選擇了胱氨酸(L-Lys)和金屬離子作為前生物分子模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其自進(jìn)化行為的仿生探索。結(jié)構(gòu)表明，L-Lys和Zn2+在分子間的配位作用、氫鍵作用的協(xié)同下，能夠?qū)崿F(xiàn)具有分級(jí)組織的微球的形成。此膠體微球能夠同時(shí)捕獲紫外光和可見(jiàn)光，催化原始的光合成反應(yīng)，包括氫氣的產(chǎn)生、NAD+向NADH的轉(zhuǎn)化、二氧化碳的還原等。

綜上，肽具有靈活可調(diào)的分子結(jié)構(gòu)，以及多樣的組裝模態(tài)。以肽自組裝的超分子膠體作為光合成的仿生體系具有如下優(yōu)勢(shì)：1)以簡(jiǎn)單的生物分子為組裝基元，并結(jié)合了超分子組裝的自發(fā)性及可控性，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的光功能體系的構(gòu)筑；2)組裝基元間弱相互作用的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)膠體多尺度、多結(jié)構(gòu)的組裝調(diào)控；3)基于超分子策略，實(shí)現(xiàn)多組分整合，增強(qiáng)了構(gòu)筑基元的功能性。

4.2 腫瘤光治療

基于小分子肽自組裝的超分子膠體具有結(jié)構(gòu)多樣性及功能可調(diào)性等優(yōu)勢(shì)，這些光功能膠體包括了膠體顆粒、纖維、凝膠等。肽基膠體被廣泛應(yīng)用于組織工程、藥物載體、生物模板、腫瘤治療等生物學(xué)領(lǐng)域。如，Zhang等79基于離子互補(bǔ)肽構(gòu)筑了系列水凝膠體系，并研究了細(xì)胞在凝膠體系中的增殖、分裂和遷移；Stupp等80設(shè)計(jì)了一種兩親性肽(KLAKLAK)2，經(jīng)組裝可形成圓柱狀納米纖維，與單純的分子對(duì)比，表現(xiàn)出了高的細(xì)胞攝取。

目前，一些惡性腫瘤如胰腺癌、肺癌等五年存活率不高于20%，這主要是由于現(xiàn)有腫瘤治療手段與難治性腫瘤自身特質(zhì)的不匹配，無(wú)法解決腫瘤治療藥物的低靶向性、治療過(guò)程的全身性毒副作用及治療后的高復(fù)發(fā)率等難題81。光治療是一種非侵襲性的、高靶向性的新型腫瘤治療策略，主要依靠光功能膠體在腫瘤部位富集，在光的激發(fā)下實(shí)現(xiàn)光能向活性氧物種或熱的定向轉(zhuǎn)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)腫瘤光動(dòng)力或光熱消融的效果82。通過(guò)調(diào)控肽分子間相互作用力，可實(shí)現(xiàn)光能的定向轉(zhuǎn)化。光功能膠體在光動(dòng)力腫瘤治療(PDT)及光熱腫瘤治療(PTT)領(lǐng)域，得到了廣泛的研究38,83-88。

4.2.1 光動(dòng)力腫瘤治療

圖8 (a)粘附性的兩親性氨基酸自組裝模板構(gòu)建產(chǎn)氧光合成細(xì)菌模型；(b) Fmoc-L-Lys/DOPA/Co3O4納米纖維的透射電子顯微鏡圖；(c)納米纖維的紫外可見(jiàn)吸收光譜；(d)光催化產(chǎn)氧75Fig.8 (a) Illustration of adhering amphiphilic amino acids-templated self-assembly of a model of oxygen-evolving photosynthetic bacteria; (b) TEM image of Fmoc-L-Lys/DOPA/Co3O4 nanofibers;(c) UV-Vis absorption spectra of the nanofibers; (d) Photocatalytic oxygen evolution 75.

光動(dòng)力治療過(guò)程主要涉及到光敏藥物及多級(jí)的光化學(xué)反應(yīng)。在光的輻照下，光敏分子能夠與氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生有毒的活性氧物種。活性氧物種能夠直接與體內(nèi)的蛋白質(zhì)、DNA等物質(zhì)結(jié)合，達(dá)到破壞腫瘤細(xì)胞的目的89,90。用于光動(dòng)力的肽自組裝的超分子膠體主要在以下兩個(gè)方面發(fā)揮作用：維持光敏分子在血液循環(huán)中的穩(wěn)定性及聚集淬滅狀態(tài)，降低全身的光敏反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光敏藥物的有效遞送及腫瘤富集；對(duì)腫瘤微環(huán)境作出靈敏響應(yīng)，釋放出光敏藥物，實(shí)現(xiàn)特定波長(zhǎng)激光激發(fā)下的活性氧產(chǎn)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的消融91。

肽自組裝的超分子膠體的發(fā)展在一定程度上解決了傳統(tǒng)的光敏劑遞送體系普遍存在的載藥量低、組分不明確等弊端，有效的實(shí)現(xiàn)了一種或多種光動(dòng)力藥物的裝載及運(yùn)輸。Yan等人92使用交聯(lián)劑戊二醛(GA)與CDP的自組裝，開(kāi)發(fā)了一種尺寸及結(jié)構(gòu)均可調(diào)控的可注射型納米載體，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)光敏藥物Ce6的裝載及腫瘤遞送(圖9a-c)。基于Fmoc-FF及多聚賴(lài)氨酸(PLL/PLL-SH)之間的靜電作用的調(diào)控，及對(duì)Ce6的封裝，他們構(gòu)筑了一種具有剪切變稀、自愈特性的可注射型光動(dòng)力抗腫瘤水凝膠體系(圖9d-f)。此超分子膠體體系表現(xiàn)出了高的生物相容性、生物可降解性，以及對(duì)光動(dòng)力藥物的局部交付和持續(xù)遞送。更是基于“一次注射、多次治療”的策略，實(shí)現(xiàn)了高效的腫瘤光動(dòng)力治療93。

他們提出的“肽調(diào)控光敏劑自組裝”構(gòu)建超分子膠體的策略，對(duì)多種疏水性、親水性光敏藥物均適用。另一個(gè)工作中64，CDP和兩親性氨基酸(Fmoc-L-Lys)調(diào)控光動(dòng)力藥物Ce6的超分子組裝，構(gòu)建了尺寸均一、單分散的納米膠體顆粒(CCNPs和FCNPs，圖10a，b)。膠體表面呈現(xiàn)了較高的表面電勢(shì)(約-20 mV)，在顆粒間靜電排斥作用下，能夠維持高穩(wěn)定性。在此膠體體系中，靜電、疏水和π-π堆疊等多重的弱分子間作用力協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了納米尺度膠體粒子的組裝及血液循環(huán)中的穩(wěn)定性。其載光敏藥物量高(約80%)、尺寸可調(diào)，并適用于原卟啉IX(PPIX)、維替泊芬、TPPS、磺酸基鎳酞菁(NiPcS)等多種親疏水性光敏藥物。同時(shí)，由于弱相互作用的動(dòng)態(tài)性，在腫瘤微環(huán)境刺激下(如酸性pH值、水解酶、疏水環(huán)境等)可控實(shí)現(xiàn)了膠體顆粒對(duì)光敏藥物的響應(yīng)性釋放。上述這些特點(diǎn)，不僅提高了光敏藥物的生物利用度，減緩全身分布引發(fā)的光毒性(圖10c)，在腫瘤的靶向運(yùn)輸及增強(qiáng)的光動(dòng)力抗腫瘤治療中也取得了良好的效果(圖10d)。

圖9 (a)基于CDP的可注射型納米載體用于遞送及腫瘤高效PDT治療92；納米載體的(b)平均粒徑及(c)電位92；(d) Fmoc-FF/PLL凝膠能夠無(wú)阻礙的通過(guò)260 μm的注射器93；Fmoc-FF/PLL-SH凝膠的(e)掃描電子顯微鏡及(f)透射電子顯微鏡圖片93Fig.9 (a) Injectable self-assembled CDP-based nanocarriers for tumor delivery and effective in vivo PDT 92.(b) Average hydrodynamic diameter and (c) zeta potential of various nanocarriers 92.(d) The Fmoc-FF/PLL hydrogel can pass through a 26-gauge (260 μm) needle without clogging 93.(e) SEM and (f) TEM images of Fmoc-FF/PLL-SH hydrogels 93.

圖10 (a) CDP和Ce6自組裝形成納米顆粒(CCNPs)的掃描電子顯微鏡圖、透射電子顯微鏡圖及粒徑分布；(b) Fmoc-L-Lys和Ce6自組裝形成納米顆粒(FCNPs)的掃描電子顯微鏡圖、透射電子顯微鏡圖及粒徑分布；(c) MCF-7荷瘤小鼠靜脈注射FCNPs和游離Ce6后的全身熒光分布；(d)小鼠經(jīng)不同處理后不同時(shí)間點(diǎn)的典型圖片64Fig.10 SEM image, TEM image and size distribution of assembled CCNPs using CDP and Ce6 as building blocks (a) and FCNPs using Fmoc-L-Lys and Ce6 as building blocks (b); (c) Whole body fluorescence images of MCF-7-tumor-bearing nude mice intravenously injected through a tail vein with FCNPs and free Ce6; (d) Representative photos of mice after various treatments at different time point 64.

除多重的弱相互作用下的超分子組裝構(gòu)筑光動(dòng)力藥物之外，他們進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了金屬配位作用協(xié)同下的膠體藥物的構(gòu)筑。如，他們選用兩親性氨基酸(Fmoc-L-L)調(diào)控MRI造影劑Mn2+及Ce6的共組裝，實(shí)現(xiàn)了功能性光動(dòng)力膠體藥物的制備，并研究了其在MRI、熒光成像指導(dǎo)下的腫瘤診療的應(yīng)用。此膠體顆粒表現(xiàn)出了智能的谷胱甘肽(GSH)響應(yīng)，在腫瘤微環(huán)境中，Mn2+與GSH競(jìng)爭(zhēng)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了光敏藥物的迅速釋放71。再者，他們基于多組分配位自組裝設(shè)計(jì)了智能肽基超分子光動(dòng)力金屬納米藥物。具有配位氨基酸(His，H)的肽(Fmoc-H，Z-HF)、Zn2+、Ce6之間的超分子作用包括金屬離子配位、疏水、靜電等的協(xié)同，保證了其尺寸的均一性、結(jié)構(gòu)的完整性及膠體的穩(wěn)定性，有效地延長(zhǎng)了光敏藥物的血液循環(huán)時(shí)間并增強(qiáng)了光敏劑的腫瘤富集效果。特別是，此膠體藥物在pH和氧化還原作用的刺激下，實(shí)現(xiàn)了光敏藥物突釋?zhuān)黠@改善了光動(dòng)力治療的效果70。

4.2.2 光熱腫瘤治療

基于光敏藥物的光動(dòng)力的治療最終依賴(lài)于膠體對(duì)光敏藥物的釋放。而與之相對(duì)應(yīng)的光熱治療，更需要于光敏藥物的分子聚集引發(fā)的熒光淬滅?！半恼{(diào)控協(xié)同自組裝”策略不僅對(duì)超分子膠體的形貌和結(jié)構(gòu)具備調(diào)控性，還對(duì)組裝體的能量轉(zhuǎn)換模式具備調(diào)控作用。

圖11 PPP-NDs納米點(diǎn)的(a)粒徑分布及 (b)透射電子顯微鏡圖；(c)伴隨激光照射時(shí)間的延長(zhǎng)，小鼠腫瘤位置的升溫情況；(d)靜脈注射PPP-NDs后，小鼠隨時(shí)間的光聲成像情況；(e)各組的小鼠腫瘤體積變化曲線65Fig.11 (a) DLS size distribution and (b) TEM image of PPP-NDs; (c) Mean temperature of the tumor sites as a function of irradiation time; (d) PA images of mice at various time points after intravenous injection of PPP-NDs;(e) Tumor volume of the mice in different groups 65.

Yan等人65基于TPP-G-FF的超分子自組裝，構(gòu)筑了超分子光熱納米點(diǎn)(圖11a，b)。在其中，光敏卟啉分子處于高度聚集淬滅狀態(tài)，因此，光能轉(zhuǎn)化為熒光或活性氧物種的途徑幾乎完全被阻斷，使得高效的光能-熱能的轉(zhuǎn)化變?yōu)榭赡?。上述超分子納米點(diǎn)在生理?xiàng)l件下、血液循環(huán)中及腫瘤位置均表現(xiàn)出了高的穩(wěn)定性，并在被動(dòng)靶向作用下實(shí)現(xiàn)了在病灶位置的富集。在激光的激發(fā)下，能夠?qū)崿F(xiàn)腫瘤原位升溫(圖11c)，在實(shí)現(xiàn)光聲腫瘤成像的同時(shí)(圖11d)，發(fā)揮對(duì)腫瘤的高效殺傷作用(圖11e)。上述光熱納米點(diǎn)的光熱轉(zhuǎn)化效率達(dá)到54.2%，可以媲美于現(xiàn)發(fā)展的多種光熱材料94,95，如硒化銅納米晶(22%)、金納米殼(13%)、納米棒(21%)、黑磷量子點(diǎn)(28.4%)。這種將肽分子與光敏分子通過(guò)共價(jià)結(jié)合為復(fù)合分子，再通過(guò)分子間的超分子作用協(xié)同，構(gòu)筑光熱膠體粒子的策略，為超分子藥物的設(shè)計(jì)提供了新的視角。

光熱治療所表現(xiàn)出的高選擇性、無(wú)創(chuàng)性、低毒性、低耐藥性等優(yōu)點(diǎn)，促使其逐漸發(fā)展為一種有效的腫瘤治療手段，而系列光熱制劑的更迭，在推進(jìn)臨床應(yīng)用的同時(shí)，也逐漸暴露出缺點(diǎn)96,97。吸光的聚合物、無(wú)機(jī)材料等的代謝機(jī)制不明導(dǎo)致的安全問(wèn)題，常用光敏藥物的近紅外吸收缺乏問(wèn)題等，均無(wú)法滿(mǎn)足臨床對(duì)腫瘤治療藥物的要求。兼具生物安全性、高近紅外光熱轉(zhuǎn)化效率的新型光熱制劑亟待開(kāi)發(fā)。Yan等人98選用了具有金屬配位能力的生物小分子肽、內(nèi)源性且具有近紅外吸收的色素膽綠素及Mn2+作為組裝基元，構(gòu)筑了光熱納米藥物(圖12a)。其中，膽綠素是血紅蛋白的次級(jí)代謝產(chǎn)物，在人體內(nèi)能夠通過(guò)肝膽循環(huán)排出體外，具有明確的代謝機(jī)制；同時(shí)，膽綠素在近紅外區(qū)具有明顯的光吸收(圖12b)，但自身無(wú)熒光，因此更有潛力將近紅外光能轉(zhuǎn)化為熱能。金屬離子不僅與肽基元存在配位組裝，與膽綠素也表現(xiàn)出了配位組裝；肽基元與色素分子之間存在著多重的弱相互作用力，包括疏水作用、π-π堆疊、與水分子之間的氫鍵作用。正是因?yàn)槿M分之間多重的超分子作用的協(xié)同，進(jìn)一步增強(qiáng)了膠體藥物內(nèi)的分子緊密排布，從而實(shí)現(xiàn)了性質(zhì)穩(wěn)定(圖12c)、光熱轉(zhuǎn)化效率高的膠體藥物的構(gòu)筑(圖12d)。此膠體藥物的組分均具有高的生物安全性，其在小鼠體內(nèi)的半衰期約為22 h，72 h后重要器官(心、肝、脾、肺、腎)的代謝率約達(dá)到100% (圖12e)。在整個(gè)光熱治療周期內(nèi)，小鼠生存狀態(tài)未受影響、重要器官未出現(xiàn)損傷。在MRI、光聲成像的指導(dǎo)下(圖12f)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)腫瘤的高效殺傷，并有效的抑制了腫瘤的復(fù)發(fā)(圖12g，h)?；诖?，Yan等99提出了“超分子光熱效應(yīng)”，即光敏劑超分子組裝所產(chǎn)生的光熱轉(zhuǎn)換“集群效應(yīng)”。他們認(rèn)為，基于多種分子自組裝策略在納米尺度形成的超分子光熱材料，與單分子的光敏劑相比，表現(xiàn)出了更高的膠體穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性。同時(shí)，通過(guò)對(duì)其熒光的淬滅，提高了光熱轉(zhuǎn)化效率，并實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)的光熱治療效果。對(duì)“超分子光熱效應(yīng)”機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，有助于促進(jìn)新型光熱材料和藥物的發(fā)展。

圖12 (a) ZBMn納米顆粒的掃描電子顯微鏡圖；(b) BV單分子、ZB納米顆粒(pH = 6.82)、ZBMn納米顆粒(pH = 7.04)的紫外吸收?qǐng)D譜；(c) ZBMn納米顆粒在水及生理培養(yǎng)基內(nèi)，37 °C孵育48 h后的粒徑變化曲線；(d)激光照射下ZBMn納米顆粒的升降溫循環(huán)曲線；(e) ZBMn納米顆粒的體內(nèi)分布曲線；(f)以ZBMn納米顆粒作為造影劑，荷瘤小鼠的光聲成像(上)及磁共振成像(下)結(jié)果；(g)觀察期間內(nèi)的小鼠腫瘤體積變化曲線；(h)觀察期間內(nèi)的腫瘤圖片98Fig.12 (a) SEM images of the ZBMn NPs; (b) UV-Vis absorption spectra of BV monomer, ZB NPs (pH = 6.82), and ZBMn NPs (pH = 7.04); (c) DLS size profiles of the ZBMn NPs in water and in physiological culture medium incubated at 37 °C for 48 h; (d) Continuous irradiation-cooling profiles of the ZBMn NPs under laser irradiation; (e) In vivo biodistribution of the ZBMn NPs; (f) PAI (up) and MRI (below) of tumor-bearing mice using the ZBMn NPs as contrast agents; (g) Tumor volume of the mice monitored during the observation period; (h) Images of the tumors during the observation period 98.

5 結(jié)論與展望

肽自組裝的超分子膠體結(jié)合了超分子化學(xué)自組織、自修復(fù)、結(jié)構(gòu)及功能可調(diào)控等優(yōu)勢(shì)，并整合了肽基膠體優(yōu)異的生物安全性、可降解性等優(yōu)點(diǎn)，因而在能源催化、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。本文綜述了如何設(shè)計(jì)肽基元構(gòu)筑超分子膠體，從分子層次分析了超分子組裝的物理化學(xué)機(jī)制，總結(jié)了弱相互作用對(duì)膠體結(jié)構(gòu)及功能的調(diào)控行為，并重點(diǎn)歸納了基于肽自組裝的多種超分子膠體體系在仿生光合成(如光能捕獲、電荷分離等)及腫瘤光治療(光熱治療、光動(dòng)力治療等)方面的應(yīng)用。目前肽基超分子膠體的研究已取得了一系列進(jìn)展，然而基于膠體體系的超分子作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)其智能響應(yīng)性的調(diào)控的研究尚待加強(qiáng)，其在細(xì)胞層次及動(dòng)物層次的應(yīng)用研究仍需深化。

在肽基超分子膠體的后續(xù)研究中，不僅要著重于對(duì)分子基元的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)膠體結(jié)構(gòu)及功能的精準(zhǔn)調(diào)控；更要關(guān)注于基礎(chǔ)理論與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，著重于解決超分子膠體應(yīng)用過(guò)程中的關(guān)鍵性問(wèn)題。如，實(shí)現(xiàn)一些具有特殊結(jié)構(gòu)(片層、異面體、多層膜等)的功能膠體體系的構(gòu)筑，研究其多維尺度上的分子堆積及聚集模式，從分子層次揭示結(jié)構(gòu)與能量的層級(jí)遞送的內(nèi)在關(guān)系，發(fā)展系列新型光功能材料，用于仿生復(fù)雜的酶聯(lián)反應(yīng)、光化學(xué)作用、生命活動(dòng)等；結(jié)合多種分子動(dòng)力學(xué)模擬手段，從超分子化學(xué)的角度深入探究超分子膠體在生物媒介中的分子識(shí)別、遞送、內(nèi)在化及動(dòng)態(tài)降解過(guò)程，改善膠體體系的靶向性、穿透性及響應(yīng)性；合理利用肽基超分子膠體的動(dòng)態(tài)性及方向性，研究其結(jié)構(gòu)和功能在活體層次中的適應(yīng)性，探究其在腫瘤免疫逃逸中的關(guān)鍵作用，啟發(fā)腫瘤治療新思路。同時(shí)，在后續(xù)的研究中，還應(yīng)拓展肽基超分子膠體的應(yīng)用范圍，如基于活性肽構(gòu)筑系列抗菌材料、抗腫瘤藥物，開(kāi)發(fā)植入型肽基器件(止血材料、納微機(jī)器人)等。總之，肽基超分子膠體的有序性(多層級(jí)、多尺度)、靈活性(結(jié)構(gòu)可控、性能可調(diào))及動(dòng)態(tài)性(穩(wěn)定性、響應(yīng)性)等優(yōu)勢(shì)，將為超分子膠體在綠色能源、醫(yī)藥健康等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域拓展全新的空間。