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在生物制造和生物医药领域，蛋白质正确折叠至关重要。为解决蛋白错误折叠及重折叠难题，研究人员开展了共价有机框架（COF）调控蛋白重折叠的研究。结果显示，COF 能高效重折叠多种蛋白，还可用于构建固相柱。该研究为先进蛋白制造开辟了新途径。
在生命的奇妙旅程中，蛋白质就像一个个精密的小工匠，承担着各种重要任务，参与生物制造、生物医药等关键环节。蛋白质的功能正常发挥依赖于其正确的折叠和构象，但它们却十分 “娇弱”，很容易在各种因素影响下出现错误折叠，进而失去活性。比如在重组蛋白生产过程中，经常会出现蛋白质错误折叠形成包涵体的情况，这不仅导致蛋白质无法发挥正常功能，还使得获取有活性的蛋白质变得困难重重。传统解决蛋白质错误折叠的方法，像使用重折叠剂或进行蛋白质工程改造，都存在效率低、操作复杂等问题；传统重折叠技术也有诸多局限，如缓冲液用量大、优化耗时久等。因此，开发高性能的平台来促进蛋白质正确折叠迫在眉睫。
南开大学、中国科学院等机构的研究人员勇挑重担，开展了一项极具创新性的研究，旨在通过设计和构建基于共价有机框架（COF）的平台来精准调控蛋白质重折叠。研究成果发表在《Nature Communications》上，为解决蛋白质折叠难题带来了新的曙光。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。在材料制备方面，通过合理设计和合成不同的 COF 材料，并对其结构和性能进行全面表征，确定了 COF 的晶体结构、化学组成、形貌、孔隙率等特性。在蛋白质研究层面，制备了多种变性蛋白，采用多种光谱技术，如傅里叶变换红外光谱（FT - IR）、圆二色谱（CD）、拉曼光谱等，以及酶活性测定实验，来研究蛋白质的折叠状态和活性变化 。
平台制备和重折叠评估
研究人员以溶菌酶为模型蛋白，设计合成了介孔 COF——NKCOF - 122。通过优化溶剂热反应条件，成功制备出高结晶度的 NKCOF - 122。对其结构和性能的一系列表征发现，它具有 1D 通道，孔径约 4.1nm，比表面积达 1699m2/g，化学稳定性良好。实验表明，NKCOF - 122 能选择性吸附变性溶菌酶，且在 PBS 缓冲液中可完全释放。多种光谱分析显示，释放的溶菌酶在结构和活性上都有明显恢复，重折叠产率高，在不同溶液中均大于 93%，在 3mg/mL 的 NKCOF - 122 浓度下重折叠产率可达约 95%，且具有良好的可重复使用性，20 次循环后重折叠产率仍大于 80% 。
机制研究
为深入探究 COF 调控蛋白质重折叠的机制，研究人员设计合成了一系列不同孔径的 COF。实验结果表明，孔径与蛋白质重折叠产率密切相关。以溶菌酶和葡萄糖氧化酶（GOx）为模型蛋白的研究发现，孔径与蛋白尺寸匹配时重折叠产率最高。同时，研究还发现 COF 的结晶度也会影响重折叠效率，无定形的 NKCOF - 122 重折叠产率显著降低。此外，静电相互作用对重折叠影响较小，而 π - π 共轭、疏水作用和氢键在促进蛋白质重折叠中发挥重要作用，且吸附能力与重折叠产率有关，但并非唯一决定因素 。
通用性和实际研究
研究人员进一步考察了 COF 调控蛋白质折叠的通用性，对胰蛋白酶、纳豆激酶和木瓜蛋白酶等多种蛋白质进行研究。结果显示，NKCOF - 122 对这些蛋白质都有较高的重折叠效率（大于 70%）。而且，蛋白质的 zeta 电位不影响重折叠产率，再次证明静电相互作用不是调控蛋白质折叠的主要驱动力。同时，研究发现随着 COF 疏水性降低，蛋白质重折叠效率也降低，突出了疏水相互作用的重要性。
为实现工业化应用，研究人员制备了以 NKCOF - 122 为介质的固相柱。实验表明，该固相柱对溶菌酶的重折叠产率可达 100%，循环使用 30 次后仍能保持高重折叠产率和回收率。此外，利用该固相柱对包涵体蛋白进行重折叠和分离的集成过程，比传统的 Ni 纯化后透析方法效率更高，展现出 COF 在工业生产中的巨大潜力 。
这项研究成功创新了 COF 导向的蛋白质重折叠策略，通过精准调控 COF 微环境和界面相互作用，实现了变性蛋白的高效回收。明确了孔径、孔有序性和相互作用等因素对蛋白质重折叠的调控作用，证明了 COF 平台具有高度通用性和实际应用价值。该研究为先进蛋白质制造提供了新方法，有望推动生物技术和生物医药领域的发展，让蛋白质这个 “小工匠” 能够更高效、更精准地为生命活动服务，在生物制造和生物医药产业中发挥更大的作用 。
