中科院大连化物所刘宇研究员：AIE纳米材料对蛋白质稳定和细胞蛋白质稳态的影响
文章信息：
通讯作者：刘宇（中国科学院大连化学物理研究所），张丽华（中国科学院大连化学物理研究所），高振明（大连医科大学附属第二医院）
作者：万旺，赵群，荆彪，彭聪聪，王梦蝶，黄亚男，金文翰，钟博文，张振铎，董雪鹏，高振明，张丽华，刘宇
原文链接：https://doi.org/10.1002/agt2.274
文章简介：
纳米医学作为最受关注的新兴交叉学科之一，将纳米技术与传统化学、材料学、生物学、临床医学等领域融合，并利用新型医用纳米材料的特殊理化性质（如光、声、电、磁等），衍生出了多种前沿诊疗技术。作为其中最受关注的一类材料，聚集诱导发光（AIE）材料由于其优异的光物理性质，被广泛地应用于多个领域，如生物成像、药物递送、诊疗一体化等。
然而，在AIE材料的实际应用和临床转化过程中，材料的生物安全性亟待系统研究，AIE分子自身的高亲油性对生物大分子折叠过程和稳定性存在有潜在的影响，而现有医用纳米材料的安全性研究极少关注纳米颗粒如何影响蛋白质稳定性和细胞蛋白质稳态（protein homeostasis）。此外，如何官能化修饰AIE分子以降低其对蛋白质稳定性和细胞稳态的扰动，进而提升材料的生物兼容性和安全性，也是领域内关心的热点问题之一。
中国科学院大连化学物理研究所刘宇研究员和张丽华研究员团队，通过生物物理、细胞成像和蛋白质组学等技术手段，在细胞裂解液、活细胞和活体动物中系统展示了AIE纳米粒子及其表面官能化对蛋白质稳定性和细胞内蛋白质稳态网络的影响。同时，大连医科大学附属第二医院高振明教授团队在小鼠活体模型中，展示了AIE纳米粒子长期给药造成肝组织内蛋白质的聚集和肝毒性（图1）。
作者首先定量对比了AIE本体分子和功能化的AIE纳米颗粒对蛋白质稳定性的影响。以大肠杆菌细胞裂解液作为模型体系，通过热迁移实验（thermal shift assay）定量考察其热力学稳定性的改变趋势，展示了表面水溶性功能化的AIE-NPs可显著提升蛋白质组的热力学稳定性（图2）。
其次，作者在活细胞中考察了AIE分子的纳米化和表面功能化对蛋白质稳态的影响。细胞活性实验结果表明，水溶性功能化AIE纳米粒子可显著降低其细胞毒性，提升生物兼容性。更重要的是，团队发现AIE-NPs的粒径均一性（PDI）影响纳米粒子在细胞内的驻留能力，均一性差的AIE-NPs难以洗脱。此外，相较于水溶性AIE-NPs，裸露的AIE分子诱发了细胞内蛋白质组的错误折叠与聚集。为了进一步解析AIE分子和AIE-NPs对细胞蛋白质稳态网络通路的差异性作用，团队利用高分辨质谱和蛋白质组学分析手段，发现裸露的亲油性AIE分子严重干扰细胞内蛋白质稳态网络（图3）。
最后，以小鼠为模型动物，团队研究了功能化的AIE-NPs在体内的代谢过程以及对肝脏的影响。作者通过活体荧光成像对AIE-NPs在小鼠体内主要器官内的分布与代谢进行动态追踪，发现AIE-NPs的粒径尺寸调控其器官分布（图4-1）。此外，对小鼠进行AIE-NPs连续长期给药，发现虽然水溶性AIE-NPs的细胞毒性和肝毒性可忽略不计，但其长期驻留可引发肝脏细胞中蛋白质组的错误折叠和聚集（图4-3）。
以上研究成果以“Interrogating the Impact of Aggregation-induced Emission Nanoparticles on in vitro Protein Stability, ex vivo Protein Homeostasis and in vivo Biocompatibility”为题发表于 Aggregate 期刊，论文第一作者为中国科学院大连化学物理研究所万旺博士和赵群研究员，以及大连医科大学附属第二医院联合培养硕士研究生荆彪。通讯作者为中国科学院大连化学物理研究刘宇研究员和张丽华研究员，以及大连医科大学附属第二医院高振明教授。
