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【编辑推荐】为解决现有生物材料递送载体难以精准控制 VEGF 和 PDGF 释放动力学的问题，研究人员结合酵母表面展示与计算蛋白质设计，开发 8 种特异性亲和体。结果表明其可调控蛋白释放及生物活性，为血管生成研究提供新平台。
在生命科学领域，血管生成（Angiogenesis）作为组织发育和修复的关键过程，依赖多种生长因子的协同作用。血管内皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF）和血小板衍生生长因子（Platelet-Derived Growth Factor, PDGF）在其中扮演着核心角色 ——VEGF 促进内皮细胞增殖和迁移，驱动血管萌芽；PDGF 则通过招募周细胞稳定新生血管，两者的时序性释放平衡对正常血管网络形成至关重要。然而，现有基于生物材料的递送系统（如扩散控制型水凝胶）难以精准调控蛋白质的释放动力学，导致无法系统研究 VEGF 和 PDGF 在不同时间节点的作用，这成为制约血管再生治疗的瓶颈问题。
为突破这一困境，来自相关研究机构的科研团队开展了一项创新性研究。该团队聚焦于开发具有可调亲和力的蛋白质结合剂，以实现对 VEGF 和 PDGF 释放的精准控制。研究成果发表在《Biomacromolecules》上，为血管生成调控提供了新的技术路径。
关键技术方法
研究整合了酵母表面展示技术（Yeast Surface Display）与计算蛋白质设计（Computational Protein Design）两大核心技术。首先通过酵母表面展示文库筛选获得 VEGF 和 PDGF 的特异性亲和体（Affibody，一种小型 α- 螺旋蛋白结合剂），随后利用 Rosetta 和 AlphaFold2 等计算工具对亲和体进行理性设计，通过点突变和界面优化生成具有不同亲和力的突变体。采用生物层干涉术（Biolayer Interferometry, BLI）测定亲和体与生长因子的结合动力学参数，并通过聚乙二醇马来酰亚胺水凝胶（PEG-mal Hydrogel）构建亲和体偶联的可控释放平台。此外，结合分子动力学模拟和细胞功能实验（如 HUVEC 增殖实验、NIH/3T3-Luc 细胞信号响应实验），系统评估亲和体对生长因子生物活性的调控作用。
研究结果解析
1. 亲和体的筛选与计算设计
通过酵母表面展示文库的磁激活细胞分选（MACS）和荧光激活细胞分选（FACS），筛选得到 1 种 VEGF 特异性亲和体和 1 种 PDGF 特异性亲和体。针对 VEGF 亲和体，通过计算模拟识别出结合界面的关键极性接触位点（如 D28、D32、D36 位点），经丙氨酸突变后获得 3 种低亲和力突变体（VEGF Affibody-D28A、-D32A、-D36A），其平衡解离常数（KD）从野生型的 89.8 nM 升至 455 nM 至 2050 nM 不等。对于 PDGF 亲和体，利用 Rosetta 设计生成 3 种高稳定性突变体（PDGF Affibody-11、-13、-16），其中 PDGF Affibody-16 的 KD低至 5.87 nM，显示出更强的结合能力。分子动力学模拟证实，突变体与生长因子的结合界面稳定性与计算预测高度一致。
2. 水凝胶系统的释放动力学调控
将亲和体偶联至 PEG-mal 水凝胶后，VEGF 和 PDGF 的释放行为呈现显著的亲和力依赖性。例如，高亲和力的 VEGF 野生型亲和体水凝胶在 7 天内仅释放约 30% 的 VEGF，而低亲和力的 D32A 突变体水凝胶释放率超过 70%。对于 PDGF，尽管突变体的 KD差异较小，但 PDGF Affibody-16 水凝胶表现出更缓慢的释放曲线，暗示结合动力学参数（如解离速率常数 koff）对释放模式的调控作用。值得注意的是，亲和体偶联水凝胶释放的 VEGF 和 PDGF 在体外细胞实验中表现出更高的生物活性，例如 VEGF 诱导的 HUVEC 增殖能力较无亲和体水凝胶组提升约 50%，PDGF 刺激的 NIH/3T3-Luc 细胞荧光信号增强 30%，表明亲和体 - 生长因子相互作用可保护蛋白质结构稳定性，延长其功能活性。
3. 生物活性调控机制
可溶性亲和体对生长因子的功能具有双向调控作用。高亲和力的 VEGF 野生型亲和体在过量存在时可完全抑制 VEGF 诱导的 HUVEC 增殖，而低亲和力突变体仅在高摩尔比下表现出部分抑制，提示亲和体通过竞争结合 VEGF 的受体结合表位（如 VEGFR-2 结合域）发挥作用。对于 PDGF，亲和体 - 11 和野生型亲和体可显著抑制 PDGFRβ 信号通路的荧光输出，而低亲和力的 Affibody-13 则无明显抑制，进一步验证了结合强度与功能调控的相关性。此外，亲和体偶联水凝胶释放的生长因子在 7 天内持续维持生物活性，而传统水凝胶组的活性在 4 天后显著下降，突显了亲和体系统在延长蛋白质功能半衰期方面的优势。
结论与意义
本研究通过计算蛋白质设计与酵母表面展示技术的结合，成功构建了具有可调亲和力的 VEGF/PDGF 特异性亲和体库，并证明其可通过亲和相互作用精准调控生长因子的释放动力学和生物活性。研究首次实现了对结构相似的 VEGF 和 PDGF 的独立可控递送，为解决血管生成中多因子时序调控难题提供了新工具。亲和体偶联水凝胶系统不仅展示了在模拟天然细胞外基质（ECM）蛋白 - 生长因子相互作用中的潜力，还为开发智能化生物材料递送平台奠定了基础，有望在创伤修复、缺血性疾病血管再生等领域发挥重要作用。未来，该计算设计框架可推广至其他生长因子或治疗性蛋白质的可控递送，推动精准生物材料在再生医学中的应用。
