两性离子荧光聚合物设计实现膜蛋白天然纳米盘的高效溶解与功能研究

为解决传统共聚物溶解膜蛋白时存在的结构多分散性、检测困难及pH/二价离子敏感等问题，研究人员开发了胺氧化物修饰的交替型荧光聚(苯乙烯-alt-马来酸酐)共聚物(SMAnh)，成功构建15-30 nm纳米盘，可稳定溶解GPCR和β-桶蛋白，显著提升溶解纯化效率并拓宽工作条件。

　　

在结构生物学和药物研发领域，膜蛋白的研究一直是块"硬骨头"。这些镶嵌在细胞膜上的蛋白质（包括大名鼎鼎的G蛋白偶联受体GPCR和β-桶蛋白）掌管着细胞与外界交流的重要通道，但要把它们从膜环境中"请"出来进行研究却异常困难。传统的去垢剂提取方法往往会破坏蛋白的天然构象，而现有的聚(苯乙烯-co-马来酸)(SMA)共聚物虽然能直接溶解膜形成10 nm左右的纳米盘，却存在诸多局限：聚合物结构本身参差不齐、缺乏追踪标记、遇到钙镁等二价离子就容易"抱团"沉淀，而且只能在狭窄的pH范围内工作。这些问题就像一道道枷锁，严重制约着膜蛋白研究的深入开展。

研究人员独辟蹊径，将目光投向了胺氧化物(AO)修饰的交替型聚(苯乙烯-alt-马来酸酐)(SMAnh)共聚物。这种新型聚合物不仅自带荧光"身份证"，还能在更苛刻的条件下稳定工作。通过动态光散射和电子显微镜观察，这些"升级版"聚合物能将生物膜转化为15-30 nm的纳米盘，比传统SMA形成的纳米盘更大，为膜蛋白提供了更宽敞的"住所"。特别令人惊喜的是，即使在超过200 mM的CaCl₂溶液中，这些纳米盘也能保持稳定，突破了传统材料对二价离子的耐受极限。

研究采用了三项关键技术：通过胺氧化物修饰构建两性离子聚合物，利用动态光散射和电子显微镜表征纳米盘尺寸，以及选用表达于大肠杆菌外膜的PagP棕榈酰转移酶和毕赤酵母膜上的人源腺苷A_2A受体作为模式蛋白验证溶解效果。

在结果部分，"荧光特性与稳定性"部分显示，SMAnh衍生物的荧光信号无论在游离状态还是与脂质双层结合时都保持稳定，这为实时监测纳米盘形成过程提供了可能。"宽pH与离子耐受性"实验证明，新材料在pH 3-10范围内均能正常工作，且能耐受高浓度二价阳离子，解决了传统SMA的沉淀问题。"膜蛋白溶解效能"部分证实，该聚合物可成功溶解两种重要膜蛋白：来自大肠杆菌的PagP和人类A_2A受体，且溶解后的蛋白更不易受聚合物电荷或疏水性的干扰。

这项研究的突破性在于：新型两性离子荧光聚合物不仅解决了传统膜蛋白溶解工具的诸多痛点，还通过荧光标记实现了实时监测，为膜蛋白研究提供了更精准的工具。特别是对GPCR和β-桶蛋白这类重要药物靶点的研究，这种能保持蛋白天然构象的纳米盘技术将大大加速结构解析和药物筛选进程。研究者特别指出，这种设计思路——在纳米盘形成聚合物的极性侧链上集成多功能化学特征——为今后开发更先进的膜蛋白研究工具提供了范式。正如论文所展示的，当基础材料科学的创新与生物学需求紧密结合时，就能催生出推动整个领域发展的关键技术。