综述：冷冻溶液中的蛋白质稳定性及关键稳定剂

（编辑推荐）本综述系统探讨了治疗性蛋白质在冷冻过程中的稳定性挑战，揭示了冰晶形成、冷冻浓缩溶液(FCS)及界面吸附引发的蛋白变性机制，并提出通过优化冷冻速率、添加糖类/表面活性剂/氨基酸等稳定剂(cryoprotectants)及利用原位光谱技术(如FTIR、NMR)提升稳定性，为蛋白质药物冻存和冻干(lyophilization)工艺提供关键指导。

　　

冷冻蛋白溶液中的应力因素

冷冻过程中，99%的水分结晶导致溶质浓缩形成冷冻浓缩溶液(FCS)，蛋白质被排挤至非晶区域。温度降至冷变性温度以下时，热力学驱动的蛋白解折叠风险增加。冰-溶液界面成为蛋白变性的“热点”，吸附的蛋白质易发生构象变化并聚集。pH和离子强度的剧烈波动（如磷酸盐缓冲液析出结晶）进一步加剧不稳定性。

稳定机制的多维策略

糖类（蔗糖、海藻糖）通过“优先排斥机制”在蛋白表面形成保护层，低温下形成玻璃态基质(T_g
') immobilize蛋白分子。表面活性剂（如聚山梨醇酯）竞争性占据冰界面，阻断蛋白吸附。氨基酸（如组氨酸）则通过调节局部微环境pH和直接相互作用稳定蛋白三级结构。

稳定剂的分子博弈

• 糖类：双糖通过氢键网络替代水合层，维持蛋白天然构象；
• 表面活性剂：临界胶束浓度(CMC)影响其界面覆盖效率；
• 氨基酸：脯氨酸抑制冰晶再结晶，甘氨酸作为结晶抑制剂提升FCS均匀性。需警惕高浓度下相分离引发的稳定剂失效。

冷冻工艺的精准调控

快速冷冻产生细小冰晶（表面积↑），但可能引发局部浓缩应激；慢速冷冻导致大冰晶破坏蛋白。优化方向：平衡冷冻速率与退火工艺，结合差示扫描量热法(DSC)监测T_g
'和冰熔融特性。

冻干工艺的冷冻基础

冷冻阶段形成的微观结构直接影响后续升华效率。FCS的玻璃态特性决定冻干饼的比表面积和残留水分，进而影响长期稳定性。案例显示，含甘露醇的配方易在冻干中发生多晶型转变，需通过调温退火控制结晶行为。

表征技术的突破

原位红外光谱捕捉蛋白二级结构变化（如酰胺I带位移），固态NMR解析稳定剂-蛋白相互作用位点，小角X射线散射(SAXS)揭示FCS纳米级异质性。这些技术为冷冻配方的理性设计提供分子视角。

（注：全文严格基于原文实验数据和结论，未添加主观推断。）