疏水核心设计增强自组装肽纤维的神经再生功能：基于EF-C变体的结构-活性关系研究

这篇综述聚焦于通过调控自组装肽（SAPs）疏水核心结构优化神经再生功能。研究团队基于增强因子C（EF-C）设计九种变体，结合生物物理表征（如TEM、IR、XRD）与AlphaFold 3分子模拟，揭示苯丙氨酸（F）和异亮氨酸（I）等疏水残基对β-片层形成及纤维形态的关键作用，并通过SH-SY5Y细胞实验证实其促神经活性和ATP水平提升。该研究为加速神经再生肽材料的理性设计提供了实验-计算协同策略。

　　

疏水核心设计对自组装肽纤维神经再生功能的影响

1 引言

神经元自我修复能力有限，传统神经损伤治疗依赖手术修复或移植，但面临供体短缺和微环境复杂等挑战。自组装肽（SAPs）因其可模拟细胞外基质（ECM）的纤维结构，成为神经再生领域的研究热点。此前研究发现，源自HIV糖蛋白GP120_417–428的增强因子C（EF-C）衍生肽序列（如KIKIQI和KFKFQF）具有神经营养活性，无需额外生长因子即可促进神经元生长。然而，疏水核心结构对EF-C变体自组装行为与生物活性的影响尚未系统研究。

2 结果与讨论

2.1 EF-C变体的设计与合成

研究团队设计九种EF-C变体（KXKXQXN），按疏水残基特性分为三类：

1）刚性芳香族侧链（EF-C_F、EF-C_W、EF-C_Y）；

2）柔性脂肪族侧链（EF-C_I、EF-C_L、EF-C_V）；

3）弱疏水残基（EF-C_A、EF-C_G、EF-C_P）。通过固相肽合成（SPPS）制备，经HPLC纯化（纯度≥90%），并采用MALDI-ToF MS和¹H-NMR验证结构。

2.2 自组装机制研究

动态光散射（DLS）显示，EF-C_F、EF-C_I等五类变体在100 μM以下即发生聚集，而EF-C_Y和弱疏水变体无明显聚集倾向。刚果红实验证实，EF-C_F和EF-C_I在30分钟内完成β-片层组装（红移≈20 nm），而EF-C_W因色氨酸侧链氢键干扰未显示红移。荧光胺转化率测定进一步验证，芳香族和脂肪族变体转化率超90%，弱疏水变体不足35%。

2.3 形态与二级结构分析

透射电镜（TEM）显示：

• •

  EF-C_F形成无扭曲纳米纤维；

• •

  EF-C_I和EF-C_L生成高度扭曲纤维（图3d）；

• •

  弱疏水变体仅形成无规聚集体。红外光谱（IR）表明，纤维形成变体的β-片层含量超68%（1625 cm^?1特征峰），X射线衍射（XRD）测得β-片层间距为4.6–5.8 ?，符合淀粉样纤维特征。

2.4 分子模拟与稳定性预测

AlphaFold 3预测的20聚体原纤维模型中，EF-C_I和EF-C_F通过分子动力学（MD）模拟显示稳定β-片层结构（SASA值低），而EF-C_Y因酪氨酸羟基破坏疏水核心导致组装坍塌。六聚体模拟中，脂肪族变体更易形成反平行β-片层二聚体。

2.5 神经细胞活性关联

SH-SY5Y细胞实验表明：

• •

  纤维形成变体（如EF-C_F）显著提升ATP水平（p < 0.0005）；

• •

  神经元标记物突触素（Synaptophysin）表达增强，神经突长度增加至28.3 μm（对照组22.6 μm）；

• •

  罗丹明B标记的EF-C_I纤维与细胞膜直接相互作用（图5f）。

3 结论

通过疏水核心的系统调控，研究揭示了EF-C变体的结构-活性关系：苯丙氨酸和异亮氨酸等残基通过促进β-片层形成和纤维稳定性增强神经再生功能。结合AlphaFold 3预测与实验验证的策略，为神经再生材料的加速开发提供了新范式。

4 实验方法

研究涵盖SPPS合成、DLS/IR/XRD表征、AF3-MD模拟及SH-SY5Y细胞活性测试，详细方法见原文补充材料。