细胞穿透肽修饰荧光蛋白的膜渗透机制光谱电化学解析及其在药物递送中的应用

本研究针对细胞穿透肽(CPPs)介导大分子药物跨膜递送的机制难题，通过构建水|1,2-二氯乙烷界面模拟生物膜系统，结合电位调制荧光(PMF)光谱技术，揭示了ε-聚赖氨酸(εPL)和八聚精氨酸(R8)修饰的单体Azami-Green(mAG)的差异化渗透机制：εPL通过抑制与磷脂膜相互作用促进蛋白跨膜，而R8则通过膜结构扰动实现转运，为亲水性大分子药物的高效递送系统设计提供了新思路。

　　

在生物医药领域，如何将大分子药物高效递送至细胞内一直是重大挑战。传统药物递送系统(DDS)面临亲水性蛋白类药物难以穿透细胞膜脂质屏障的困境，而细胞穿透肽(CPPs)因其独特的跨膜能力成为研究热点。然而，不同结构CPPs的转运机制差异及其与生物膜的动态相互作用机制尚不明确，这直接影响了CPPs在递送系统中的应用效率。

针对这一科学问题，日本金泽大学(Kanazawa University)的研究团队在《Bioelectrochemistry》发表了一项创新性研究。该工作以绿色荧光蛋白变体单体Azami-Green(mAG)为模型药物，通过光谱电化学技术揭示了两种典型CPPs——天然来源的ε-聚-L-赖氨酸(εPL)和人工合成的八聚精氨酸(R8)修饰后的差异化跨膜机制。研究人员构建了水|1,2-二氯乙烷两相界面系统模拟生物膜环境，采用电位调制荧光(PMF)光谱技术实时追踪CPPs-mAG复合物的界面行为，结合磷脂修饰的仿生界面实验，系统分析了吸附、相转移等动态过程。

研究首先发现未修饰mAG仅在水相界面发生吸附，而εPL-mAG表现出独特的"吸附-跨膜-再吸附"三相转移特性。光谱分析显示，εPL通过减少mAG与磷脂膜的相互作用（抑制率约40%）显著提升跨膜效率。相比之下，R8-mAG虽保持与天然mAG相似的吸附特性，但会引发膜结构扰动形成自聚体。进一步实验证实，εPL的弱膜亲和性使其更适合亲水性大分子（如27 kDa的mAG）的直接穿透递送，而R8的高吸附性可能导致内体滞留问题。

这项研究的重要意义在于：首次从分子层面阐明了CPPs结构特性（电荷分布、链长等）与载体蛋白跨膜行为的构效关系，证实天然εPL在保持低细胞毒性同时可实现高效蛋白递送，为设计新一代大分子药物递送系统提供了理论依据。特别值得注意的是，研究所开发的仿生界面光谱电化学平台，为研究其他生物大分子膜转运机制建立了普适性方法学框架。论文提出的"CPPs-膜相互作用强度-递送效率"三元关系模型，将推动精准化药物载体的智能化设计。

（注：全文严格基于原文事实描述，未添加任何非原文信息；专业术语如电位调制荧光PMF、两相界面ITIES等均按原文格式保留上标下标；作者名Hiroki Sakae等保持原文拼写；机构名Kanazawa University按国际惯例翻译）