科学家揭示了氨基酸如何在溶液中稳定蛋白质

　　

洛桑联邦理工学院2025年9月13日

几十年来，氨基酸作为稳定剂被添加到胰岛素等药物配方中：这些小分子可以防止蛋白质（即大颗粒）以不希望的方式相互作用。几十年来，科学家们已经知道这是有效的，但不知道为什么。

现在，由EPFL工程学院的超分子纳米材料和界面实验室领导的一个国际科学家团队终于解释了“为什么”，并在这个过程中发现了溶液中所有小分子的基本稳定作用。这一发现发表在《自然》杂志上，合作者是麻省理工学院的阿尔弗雷多·亚历山大·卡茨和中国南方科技大学的研究人员，其中包括EPFL校友罗智。

“当悬浮在溶液中时，蛋白质会围绕中心形式不断改变形状，因此流行的理论是氨基酸有助于防止蛋白质错误折叠，”最近的EPFL博士研究生和第一作者Ting Mao解释说。

“现在，我们证明情况并非如此。事实上，氨基酸的稳定作用与生物学无关，而是溶液中所有小分子与大颗粒（即胶体）相关的普遍特性。”

平衡吸引和排斥

为了理解小分子的胶体效应，超分子纳米材料和界面实验室的负责人Francesco Stellacci建议想象两个同事在走廊的两侧相向而行。

想象一下，这两个同事相处得很好，总是想停下来聊天。如果走廊是空的，他们会立即发现对方并走到一起。但如果走廊突然变得拥挤，他们可能直到已经走过才看到对方，甚至完全错过对方。这种现象被称为筛选吸引力，是氨基酸如何影响较大的颗粒：它们在走廊上扮演人群的角色，阻止过往的相互作用。”

Francesco Stellacci，主管，超分子纳米材料和界面实验室

有趣的是，一个多世纪以来，科学家们就知道盐的作用正好相反：它们可以屏蔽斥力。在走廊的例子中，盐也扮演了人群的角色，只是在这种情况下，它可以防止两个不友好的同事避免尴尬的互动。

“我们发现氨基酸本质上是抗盐的，因为它们具有相反的‘筛选’作用。你甚至可以在自然界中看到这一点：有研究表明，当植物被盐水浇灌时，它的细胞会产生更多的氨基酸，以帮助稳定它们，因为它们受到盐浓度增加的压力，”EPFL的科学家和合著者Quy Ong说。

更好地控制分子相互作用

研究人员说，他们的工作为在未来的科学研究中报告氨基酸浓度提供了强有力的论据。“在生物学中，如果不报告溶液中的离子（盐）浓度，人们永远不会做实验。我们的研究表明，氨基酸浓度也有同样大的影响，因此应该同样严格地报道，”斯特拉奇说。

事实上，斯特拉奇已经在研究这些尚未开发的分子效应的潜力，这是他最近获得的ERC高级资助的一部分。“我们想了解像氨基酸这样的小分子是如何对健康的生物功能起核心作用的。在ERC资助的支持下，我们的最终目标是预测哪些分子可以稳定哪些蛋白质，以及稳定多少——这是目前生物医学研究中通过反复试验来完成的。”