精氨酸-色氨酸重复肽中的纤维化与凝聚作用：序列长度和pH值的影响

《Materials Advances》：Fibrillization versus coacervation in arginine–tryptophan repeat peptides: effects of sequence length and pH

β-折叠纤维与液-液相分离（LLPS）的协同作用在WR重复肽（n=2-5）中呈现pH依赖性，通过光谱和显微技术揭示了不同重复次数肽在pH 2.5、7.4和12下的自组装模式。短肽（n=2-3）在pH 12发生LLPS形成液滴，而长肽（n=4-5）则自组装为纳米带或纤维，并在高浓度下形成凝胶。细胞毒性测试表明低浓度下肽对人类真皮成纤维细胞安全。

　　在这一研究中，科学家们聚焦于一类由色氨酸（tryptophan）和精氨酸（arginine）交替组成的肽（WR）系列，探讨其在水溶液中根据序列长度和pH值的变化，如何在纤维形成与液-液相分离（LLPS）之间进行相互作用。这类肽因其在生物材料、药物输送和组织工程中的潜在应用而受到关注。研究通过多种实验方法，包括圆二色光谱（CD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）以及低温透射电子显微镜（cryo-TEM）和小角X射线散射（SAXS）等技术，对肽的构象和自组装行为进行了系统研究。此外，还通过MTT细胞活性检测评估了这些肽在低浓度下的细胞相容性。

研究发现，随着WR重复单元数量的增加，形成纳米带结构的趋势更加明显。例如，在pH 12条件下，(WR)₂和(WR)₃能够通过LLPS形成液滴，而(WR)₄和(WR)₅则倾向于形成螺旋状的纳米带结构。此外，研究还发现，当浓度足够高时，(WR)₃、(WR)₄和(WR)₅在pH 12下可以形成水凝胶，这些水凝胶具有特定的纤维网络结构，从而赋予其不同的机械性能。相比之下，在较低的pH值下，(WR)₂倾向于形成胶束或球形聚集体，而更长的序列则显示出β折叠结构（纤维或纳米带）。

为了进一步探究这些肽的自组装行为，研究团队通过一系列实验手段，包括不同pH值下的溶液配制、荧光显微镜（ThT）、光学显微镜、激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）以及SAXS和XRD技术，对不同条件下的结构进行了详细分析。这些方法不仅能够揭示肽的分子构象，还能帮助理解其在溶液中的自组装路径和形成的纳米结构。此外，研究还利用动态光散射（DLS）技术对液滴的尺寸分布进行了测量，发现不同浓度下液滴的尺寸变化显著，这表明了LLPS过程对肽聚集行为的影响。

研究还特别关注了这些肽在生理条件下的行为。在pH 7.4（接近生理环境）的PBS缓冲液中，发现(WR)₂和(WR)₃的自组装行为与在pH 12下的结果存在差异。这表明pH值对肽的自组装路径和最终形成的结构具有重要影响。通过对比不同pH条件下的实验数据，研究人员能够更全面地理解这些肽在不同环境下的行为，为开发具有特定功能的生物材料提供了理论依据。

在细胞活性测试中，发现所有序列在低浓度下均能被人类真皮成纤维细胞良好接受，而高浓度则可能导致细胞毒性。这一发现表明，在使用这些肽进行生物活性研究时，需要在适当浓度范围内进行，以避免对细胞造成不必要的伤害。此外，研究还发现，某些短序列（如(WR)₂和(WR)₃）在pH 12下具有较低的最小抑菌浓度，这使其在抗菌材料开发方面具有潜力。

研究还探讨了这些肽在不同pH条件下的自组装机制。通过结合SAXS和XRD数据，研究人员能够确定这些肽在形成纳米带或液滴时的分子排列方式。这一过程不仅揭示了肽的自组装行为，还为理解其在生物系统中的作用提供了新的视角。研究团队认为，这些肽在不同pH条件下的行为差异，为设计具有特定功能的材料提供了重要的参考。

总之，这项研究揭示了WR系列肽在不同pH条件下的复杂自组装行为，包括液-液相分离和纤维形成。通过系统的实验方法和数据分析，研究人员不仅确认了这些肽在生理条件下的细胞相容性，还探讨了其在抗菌和生物材料中的应用潜力。这些发现为未来研究提供了重要的理论基础和实验指导，有助于进一步开发基于这些肽的新型生物材料。