Nature发布两亲性肽跨膜转运增强办法

细胞膜是磷脂双层，具有大量嵌入的跨膜蛋白。其中一些蛋白质，如scramblase，具有促进脂质从一个膜小叶向另一个膜小叶翻转的特性。scramblase和类似的跨膜蛋白也可能影响其他两亲性分子的移位，包括细胞穿透性肽或抗菌肽。

捷克的研究团队就跨膜蛋白对两亲性肽通过膜易位的影响进行了研究。通过两种不同的模型，证明了具有亲水性贴片的跨膜蛋白通过稳定膜中的肽来增强两亲性肽的移位。同时，存在最佳的两亲性，因为该肽在跨膜状态下可能变得过度稳定，在这种状态下，肽-蛋白质的解离受到阻碍，限制了肽的移位。scramblases和其他具有类似特性的蛋白质的存在可以被用来更有效地转运到细胞中。所述原理也可用于通过添加可整合到膜中的易位增强肽来设计药物递送系统。

在这项研究中，捷克团队使用两亲性肽的现象学模型和具有丝氨酸-亮氨酸肽的Martini模型，研究了不同性质的跨膜蛋白/肽(MPs)对两亲性肽(TLPs)跨膜易位的影响。

在两个采用的模型中，带有亲水性贴片的MPs导致了膜中TLP自由能的减少。就是说在这种MPs存在的情况下，TLP更容易插入到双分子层中，并且在跨膜状态下也更稳定。无论是在插入过程中还是在跨膜状态下，增加MPs的亲水性贴片的大小可以使TLP在膜中的稳定性更强。在某些情况下，TLP的稳定性非常强，以至于其更喜欢其跨膜状态而不是其吸附状态。

有MPs存在的多肽移位途径与无MPs时通过脂膜的多肽移位途径相同。TLP首先以与膜平面平行的方向吸附在膜上，当TLP插入到膜中时，它改变了方向。在跨膜状态下，肽位于垂直于膜平面的方向上。在移位过程中，TLP和MPs的亲水膜通常彼此相对。这种相互作用可能使肽在插入阶段和跨膜状态稳定下来。通常，通过增加MPs的亲水性，TLP移位变得更容易，因为整个移位轮廓或至少是轮廓的膜部分的自由能垒降低。

在Martini模拟中，TLP移位的限制步骤通常是从膜中解吸的过程，并且TLP在膜中通常比在溶剂中更稳定。但由于缺少溶液中肽的展开自由能，因此高分子量的肽从膜上解吸的自由能可能被高估了，而这两种使用的模型都无法计算出来。我们只能根据每个残基1.7 kJ / mol的非特异性序列贡献来估计展开自由能，导致自由能减少约35 kJ / mol（有利溶液状态）。

膜自由能垒的高度内插取决于转位肽（TLP）的疏水性和跨膜蛋白（MP）的疏水性

肽移位的另一个重要障碍是将肽部分插入膜中。虽然所研究的MPs的存在对吸附/解吸过程没有影响，但它可以调节膜插入屏障。在Martini模拟中，与只有TLP通过膜的系统相比，包含任何模拟MPs的系统中，穿过膜的自由能势障总是降低的。这意味着每个模拟MP都增强了TLP穿过膜的过程。

在我们用现象学模型进行的模拟中，移位的限制步骤是TLP穿过脂质双层。对于特定的MP×TLP组合，TLP首选膜芯环境而不是溶液。在这种情况下，膜插入屏障的丧失导致TLP离开膜芯的过程成为易位的唯一限制步骤。我们称这种情况为膜中TLP的过度稳定。

在我们大多数的唯象模型模拟中，转运的极限步骤是TLP通过脂质双分子层。对于特定的MP × TLP组合，TLP优先选择膜芯环境而不是溶液。在这种情况下，膜插入屏障的丢失导致TLP离开膜核成为唯一限制移位的步骤。我们将这种情况称为TLP在膜上的过稳定。

在模拟MPs周围出现膜缺陷表明具有亲水性贴片的MPs具有类似于scramblases的特性：使磷脂在细胞膜小叶之间自发移位的蛋白质。

在研究了具有亲水贴片的跨膜蛋白/肽对两亲肽跨磷脂膜转运的影响。使用粗粒Martini和现象学模型，表明跨膜蛋白/肽可以增强包括AMPs和CPPs在内的肽的移位。跨膜蛋白/肽的亲水性越强，插入屏障的降低越大，转位肽在膜中的稳定性越强。一旦跨膜蛋白/肽太亲水，则易位肽在跨膜状态下比在吸附状态下更稳定。在现象学模型中，我们甚至研究了跨膜蛋白/肽，它们通过过度稳定膜中的易位肽而阻碍了移位。

结果表明，两性肽跨膜的转运可以通过天然膜蛋白的存在而得以增强，这种天然膜蛋白在跨膜部分（例如乱纹）并不完全疏水。这些发现还表明，当具有很小亲水性补丁的疏水性很强的肽插入膜中，然后增强另一种亲水性更高的肽的易位性时，两种肽的混合物在跨膜运输中可能会更有效。