REDV 肽的磺化修饰用于定向调控心血管细胞命运

《Biomaterials Advances》：Sulfonation modification of REDV peptides for directing cardiovascular cell fates

　　

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  磺化修饰增强了REDV肽的血管生物活性，其中S-REDV-3表现最佳。
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  S-REDV-3促进HUVEC增殖、NO释放、迁移、抗凋亡及内皮铺展。
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  S-REDV-3抑制过度的SMC生长，促进收缩型SMC表型，并驱动M2巨噬细胞极化。

引言

心血管疾病（CVDs）仍然是全球主要的死亡和长期致残原因[1]、[2]。作为循环血液与血管壁之间的主要界面，血管内皮在维持血管稳态的同时，积极抑制血栓形成和内膜增生等病理事件[3]、[4]、[5]。内皮受损后，暴露的皮下基质会引发一系列病理级联反应，包括血小板黏附、炎症细胞募集和平滑肌细胞（SMC）异常增殖，最终导致再狭窄或动脉粥样硬化的进展[6]、[7]、[8]。因此，实现快速且具有功能的内皮化已成为心血管生物材料设计的关键标准。为此，人们开发了各种表面修饰策略，如调节表面形貌的理化方法[9]、[10]、[11]，润湿性[12]、[13]，以及电荷分布[14]。尽管取得了这些进展，此类策略主要依赖于非特异性的理化信号，在复杂的体内微环境中往往缺乏足够的选择性来引导不同血管细胞的响应。

已有报告指出，某些多肽如P物质（SP）和CAG能够通过不同机制促进内皮化，例如通过动员内源性干细胞/祖细胞或增强细胞直接黏附。同时，REDV肽也引起了研究者的关注[15]、[16]、[17]。REDV四肽来源于纤连蛋白IIICS区域中的CS5细胞结合位点，由于其对内皮细胞（ECs）和内皮祖细胞（EPCs）上的整合素α4β1具有选择性识别能力，因而备受关注。这种特异性相互作用可促进内皮细胞黏附和铺展，同时对血管平滑肌细胞（SMCs）、成纤维细胞和血小板的亲和力较低[18]、[19]、[20]。凭借这种细胞选择性特性，REDV已被广泛用于制造促进内皮化的生物材料表面。先前的研究表明，REDV的固定化可增强内皮细胞黏附和增殖，同时抑制过度的SMC生长，凸显了其在心血管器械表面功能化方面的潜力[21]、[22]。然而，在病理条件下，天然REDV的生物活性仍然不够理想，此时内皮再生能力明显受损。在这种情况下，单纯的黏附促进信号不足以驱动有效的内皮修复。因此，近期的研究努力试图通过在REDV基系统的基础上整合额外的生物活性基团，如抗氧化肽或清除活性氧的纳米材料，赋予更广泛的内皮保护[23]。这些研究表明，对REDV进行合理的化学修饰是将其生物功能扩展到固有细胞黏附作用之外的一个有前景的策略。

磺化已被证明是一种有前景的策略，可增强拟用于血管应用的生物材料的生物功能[24]、[25]。这一概念受硫酸乙酰肝素蛋白聚糖的启发，硫酸乙酰肝素蛋白聚糖在内皮表面大量表达，通过其富含硫酸酯的结构在维持血管稳态中发挥重要作用[26]、[27]。将磺酸基（-SO?H）引入生物分子可增加其负电荷和亲水性，从而调节界面蛋白质吸附及后续的细胞反应。最近的研究表明，由压电涂层产生的表面电荷也能引导巨噬细胞向抗炎表型极化[28]。此外，先前的研究报告称，磺化透明质酸（S-HA）以硫含量依赖的方式调节心血管细胞，硫含量越高，调控能力越强[29]、[30]。不能假定化学修饰肽的生物性能呈单调变化；相反，它往往对修饰程度（例如表面密度或取代率）高度敏感，这一因素 critically 决定了导向内皮化的表面工程的成败[31]。磺化不足可能仅产生边际功能改善，而过度的磺化可能改变活性基团的空位呈递，从而损害生物识别[32]、[33]。因此，确定适当的磺化程度对于平衡功能增强和结构保持至关重要。尽管这一点的重要性已被认可，但仍缺乏关于磺化程度如何影响REDV多细胞调控性能的系统研究，特别是其对ECs、SMCs和巨噬细胞的影响。

Rafique等人最近对血管支架的表面生物功能化策略进行了全面概述，重点介绍了生物活性多肽、细胞外基质成分和一氧化氮释放分子在预防血栓和促进内皮化方面的应用。该综述还强调了从二维细胞培养转向在生理条件下具有临床相关性的基材上验证候选涂层的重要性[34]。在本研究中，我们主要致力于系统地比较不同磺化程度的REDV肽在简化组织培养平台上的多细胞调控效果，旨在确定最佳的修饰水平以供进一步开发。本文中确定的有前景的候选者将作为后续转化研究的基础，包括共价固定到可降解支架以及在小型动物模型中进行评估。在本研究中，通过控制反应时间制备了一系列不同磺化程度的S-REDV肽。对其理化性质进行了系统表征，并对其生物学性能进行了全面评估，包括EC功能、SMC表型调节和巨噬细胞炎症极化。通过这些分析，我们试图确定最佳的磺化程度，以最大限度地发挥S-REDV的整合血管生物功能。最终，本研究旨在为利用适当磺化的生物活性多肽理性设计促进内皮化的心血管生物材料提供实验依据。

章节摘要

磺化REDV肽的合成

通过控制反应时间制备了具有不同磺化程度的S-REDV肽。简要而言，将100 mg REDV肽（南京肽产业公司，中国）溶解在20 mL二甲基亚砜（DMSO，上海阿拉丁生化科技股份有限公司，中国）中。将三氧化硫-吡啶络合物（SO?·Py，上海阿拉丁生化科技股份有限公司，中国）溶解在20 mL DMSO中，投料摩尔比为1:10。室温下完全溶解后

傅里叶变换红外光谱分析

为了评估磺化反应的发生及其对REDV化学结构的影响，采集了原始肽和不同反应时间所得产物的傅里叶变换红外光谱（FT-IR），如图2(a)所示。REDV在约3300 cm^?1处显示出一个宽吸收带，可归因于肽骨架中O—H和N—H的伸缩振动，以及在约1650 cm^?1处的特征酰胺I带，对应于C=O伸缩振动[35]。

与未修饰的REDV相比，

结论

在本研究中，通过改变反应时间成功制备了一系列硫含量从3.56至5.98 at.%的S-REDV肽。值得注意的是，过度磺化（S-REDV-4）导致了组分异质性增加和潜在的不良反应发生。细胞相容性评估揭示，适度的磺化水平，如S-REDV-3所示，对关键心血管细胞类型赋予了最均衡的多功能调节作用。具体而言，S-REDV-3

CRediT作者贡献声明

Zhe Fang（方哲）：写作——审阅与编辑，方法学，资金获取，概念构思。Shuaiwei Xu（徐帅玮）：写作——初稿撰写，软件，调查，数据整理，概念构思。Fan Li（李帆）：调查，数据整理。Siyu Liu（刘思宇）：调查，正式分析。Huimin Duan（段慧敏）：调查。Yanchao Wang（王燕超）：调查。Hao Sun（孙浩）：正式分析。Jingan Li（李金安）：写作——审阅与编辑，指导，方法学，资金获取。Shaokang Guan（关少康）：可视化，资金获取，

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

致谢

本研究由中国自然科学基金（联合重点项目，U25A20206）、郑州大学重大项目培育专项（125-32214076）、中原工学院青年骨干教师项目（2023XQG10）以及中国冶金教育学会材料实验教学与仪器装备分会"2024教育教学研究项目"（SYJX2024041）资助。

Zhe Fang|Shuaiwei Xu|Fan Li|Siyu Liu|Huimin Duan|Yanchao Wang|Hao Sun|Jingan Li|Shaokang Guan