新型DIBMA共聚物mPEG4-DIBMA实现GPCRs天然脂质双层纳米盘的高效捕获与功能研究

针对传统去垢剂提取G蛋白偶联受体(GPCRs)易导致变性、脂质环境失真的难题，研究人员开发了新型两亲性共聚物DIBMA衍生物。通过部分酰胺化修饰，获得mPEG4-DIBMA等变体，可高效提取黑皮质素4受体(MC4R)并形成均质纳米盘。该聚合物兼具低紫外吸收、弱非特异性结合等优势，为GPCRs在天然脂质环境中的结构功能研究提供新工具。

　　

在膜蛋白研究领域，G蛋白偶联受体(GPCRs)作为最大细胞表面受体超家族，其结构与功能解析长期受制于传统去垢剂提取导致的蛋白变性问题。虽然脂质双层纳米盘技术能保留天然膜环境，但现有载体材料如苯乙烯/马来酸共聚物(SMA)和二异丁烯/马来酸共聚物(DIBMA)存在明显局限：SMA对二价阳离子敏感且紫外吸收强，DIBMA则因高电荷密度易与带电配体发生非特异性结合。这些缺陷严重制约了GPCRs在近生理条件下的研究。

为突破这一技术瓶颈，德国杜塞尔多夫大学的Manuel Etzkorn团队创新性地设计了一系列DIBMA衍生物。通过部分酰胺化修饰，研究人员获得了四种新型聚合物：含精氨酸的Arg-DIBMA、含二氨基丁酸的Dab-DIBMA、含葡甲胺的Meg-DIBMA以及含四乙二醇单甲醚的mPEG₄-DIBMA。这些聚合物在保留DIBMA优点的同时，通过引入生物相容性胺类侧链，显著改善了材料性能。

研究采用动态光散射(DLS)评估纳米盘均一性，差示扫描量热法(DSC)分析脂质相变行为，微流扩散尺寸分析(MDS)检测配体相互作用，透射电镜(TEM)观察纳米盘形貌，并结合荧光检测和蛋白质印迹定量评估GPCR提取效率。

3.1 共聚物设计与表征

通过酰胺化反应将DIBMA单甲酯与不同胺类偶联，核磁共振和红外光谱证实成功合成。尺寸排阻色谱显示mPEG₄-DIBMA分子量分布适中(?=2.5)，优于其他变体。

3.2 纳米盘形成特性

所有新型聚合物在质量比m_P/m_L≥1时均可形成直径约10 nm的均质纳米盘。mPEG₄-DIBMA表现尤为突出，其纳米盘尺寸分布最窄，适合冷冻电镜等结构研究。

3.3 配体互作兼容性

MDS实验揭示关键发现：尽管mPEG₄-DIBMA仍带负电(ζ电位-15.4 mV)，但其PEG链的空间位阻有效阻断了促肾上腺皮质激素(ACTH)肽与聚合物的非特异性结合，这一特性在pH 7.4-8.0范围内保持稳定。

3.4 mPEG₄-DIBMA的理化优势

TEM直观展示该聚合物形成规整纳米盘的能力；紫外光谱显示其低背景吸收(220-280 nm)；DSC证实其对脂质酰基链扰动远小于SMA；二价阳离子耐受性(10 mM Mg²⁺)满足生理需求。

3.5 GPCR提取效能

在Sf9昆虫细胞膜提取实验中，mPEG₄-DIBMA以2%浓度提取MC₄R的效率达DDM/CHS去垢剂体系的90%，且仅需4小时孵育。Western blot验证该优势与eYFP标签无关，在NaCl浓度100-400 mM范围内保持稳定。

这项发表于《Methods》的研究标志着膜蛋白研究工具的重要突破。mPEG₄-DIBMA首次将高效GPCR提取、弱非特异性结合、良好阳离子耐受性和低紫外吸收等特性集于一身，其性能超越现有所有DIBMA变体。特别值得注意的是，该聚合物对MC₄R的提取效率接近金标准DDM/CHS系统，同时保留了天然脂质环境，为肥胖症等相关疾病的药物靶点研究提供了理想技术平台。研究揭示的PEG链空间屏蔽效应，为后续设计更先进的膜模拟系统提供了重要理论依据。