第３０卷 第２期材 料 科 学 与 工 程 学 报
总第１３６期
（）文章编号：１６７３２８１２２０１２０２０３２４０６－－－
自组装多肽支架材料的研究进展
王韵晴，卢婷利，陈 婷，马玉樊，赵 雯，陈 涛
（）西北工业大学生命学院，空间环境模拟技术国防重点学科实验室，陕西西安 ７１００７２
摘 要】疏水性作用、 【 多肽分子可以利用氢键、π－π堆积作用等非共价键力自组装形成形态与结
构特异的多肽分子聚集体，如分子积木、分子开关、分子涂料及纳米纤维等，由于多肽分子良好的生物相容性和可调控的降解性，自组装多肽在组织工程、药物缓释等方面表现出巨大的应用潜力。本文总体介绍了多肽自组装的几种结构模型及自组装的设计原则，重点叙述了自组装多肽作为组织工程支架材料的研究进展。
【关键词】纳米纤维；组织工程；支架材料 自组装多肽；中图分类号：Ｑ８１９ 文献标识码：Ａ
ＲｅｓｅａｒｃｈＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＳｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎＰｅｔｉｄｅＳｃａｆｆｏｌｄｓ － ｇｐ
，，，ＭＡ，，ｉｎＷＡＮＧＹｕｎＬＵＴｉｎｌｉＣＨＥＮＴｉｎＹｕｆａｎＺＨＡＯ ＷｅｎＣＨＥＮＴａｏ －ｑ － － ｇｇｇ
（，，ＳｃｈｏｏｌｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｆｏｒＳａｃｅＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ ｙｙｙｙｐ
，’）ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏＸｉａｎ１００７２，Ｃｈｉｎａ ７ｇｙ
【】，，Ａｂｓｔｒａｃｔｅｔｉｄｅｃａｎｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｅｔｈｒｏｕｈｔｈｅｎｏｎｃｏｖａｌｅｎｔｂｏｎｄａｃｔｉｏｎｓｕｃｈａｓｈｄｒｏｅｎｂｏｎｄ Ｐ ｐｇｙｇ
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ｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｒｉｃｋ，ｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｗｉｔｃｈ，ｍｏｌｅｃｕｌａｒａｉｎｔａｎｄｎａｎｏｆｉｂｅｒ．Ｔｈｅｓｅｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｅｔｉｄｅｓａｒｅ － ｐｇｐｐ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｔｈｅｉｒｂｉｏｃｏｍａｔｉｂｉｌｉｔａｎｄｒｅｕｌａｔｏｒｂｉｏｄｅｒａｄａｔｉｏｎ．Ｓｏｉｔｉｓａｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｉｎｔｈｅｏｏｄｏｔｅｎｔｉａｌ ｙｐｙｇｙｇｇｐ
，ｗｆｉｅｌｄｏｆｔｉｓｓｕｅｅｎｉｎｅｅｒｉｎａｎｄｓｕｓｔａｉｎｅｄｄｒｕｄｅｌｉｖｅｒｓｓｔｅｍｓ．Ｉｎｔｈｉｓａｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｓｅｖｅｒａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｇｇｇｙｙｐｐ ｍａｄｅｆｒｏｍｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｅｔｉｄｅｓａｎｄｔｈｅｅｎｅｒａｌｒｉｎｃｉｌｅｓｆｏｒｅｔｉｄｅｄｅｓｉｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｓｅｌｆｍｏｄｅｌｓ － －ｇｐｐｇｐｐｐｐｇ ａｓｓｅｍｂｌｉｎｓｃａｆｆｏｌｄｓｉｎｔｉｓｓｕｅｅｎｉｎｅｅｒｉｎｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．ｅｔｉｄｅ ｇｇｇｐｐ
【】；；；ｅｔｉｄｅｓＫｅｗｏｒｄｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｔｉｓｓｕｅｅｎｉｎｅｅｒｉｎｓｃａｆｆｏｌｄｍａｔｅｒｉａｌｓ ｓ－ ｐｐｇｇｇｙ
达到对组织、器新的具有与原形态和功能相似的组织，
１ 引 言
组织、器官的损伤或功能障碍是严重影响患者生活质量并且给社会带来严重经济负担的疾病之一。目前，组织工程是一种重要的治疗手段，其基本原理是将种子细胞经体外培养扩增后，接种于具有一定生物特性的三维多孔支架材料上，再将这种细胞／支架复合体植入组织、器官的受损部位，在细胞不断增殖并分泌基质的同时，支架材料逐步降解并被人体吸收，最终形成
；收稿日期：修订日期：２０１１０３１６２０１１０５１６－－－－
官修复或重建的目的。组织工程包括三个基本要素：支架材①种子细胞；②支架材料；③信号因子。其中，
料为种子细胞的黏附、生长提供了良好的三维结构，同时其内部足够大的表面积与空间，有利于营养物质的输送与代谢废物的排出。因此，支架材料是组织工程
１］
。的关键要素之一［
一般来讲，理想的组织工程支架材料应该具备：①存在易于设计和修饰的基本单元；②无细胞毒性；③能够促进或抑制细胞与材料之间的相互作用；④引发的
），）基金项目：国家自然科学基金资助项目（陕西省自然科学基金资助项目（２０８７２１１９２０１０ＪＭ２０２１，作者简介：王韵晴（女，陕西汉中人，硕士研究生，现在从事医用高分子材料的研究。１９８７－）：通讯作者：卢婷利，副教授。Ｅ－ｍａｉｌｌｕｔｉｎｌｉｘｉｎｘｉｎｗｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．＠ｎｇｐ
第３０卷第２期王韵晴，等．自组装多肽支架材料的研究进展·３２５ ·
免疫反应和炎症达到最小；⑤生物降解速率可调控；⑥与水溶液或生理环境有良好的化学相容性；⑦几何特
］２５－
。纯化和处理［性易于控制；⑧易于生产、
自组装多肽是一种相容性良好、活性较高的生物
［］
早在１材料，９９３年张曙光教授等６发现一种可自组装
的离子互补型多肽，并用这种多肽合成了水凝胶膜。近年来随着科学家们研究的不断深入，自组装多肽的组织工程等领域中的研设计及应用已成为材料科学、
究热点之一。自组装多肽具有以下特点：①其多肽序列来源于自然界；②多肽序列可根据需要进行修改；③无毒副反应及免疫反应；④具有良好的表面活性和生物相容性；且降解产物为氨基酸单体，⑤可生物降解，可作为生物体营养物质的来源；⑥易于获取或人工设
７］
。因此，自组装多肽有望在组织工程中用作创伤计［
１０］图１ 自组装多肽的分类［
［１０］
Ｆｉ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｅｔｉｄｅｓ －ｇｇｐｐ
［６］
。代表性的同的结构，因而被称为多肽“分子积木”
修复的支架材料。
本文就自组装多肽支架材料在组织工程中的研究进展作一综述。
多肽有ＲＡＤ１６和ＥＡＫ１６（ＡＥＡＥＡＫＡＫＡＥＡＥＡＫ
等。这些多肽可以在分子水平自组装成βＡＫ）－折叠结构，即在亲水面往复形成互补离子键。这些互补离子面又可根据其上带“正”或“负”电荷的氨基酸残基排列顺序的不同，分为Ⅰ、其中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和混合类模式，模式Ⅰ为－＋－＋－＋－＋的顺序，模式Ⅱ为－－＋模式Ⅲ为－－－＋＋＋的顺序，模＋－－＋＋的顺序，
，式Ⅳ为－－－－＋＋＋＋的顺序（从碳端到氮端）不同的顺序能够实现不同形式的自组装，如图３所示。精氨酸Ｒ）和带负ＲＡＤ１６就是带正电的氨基酸残基（
电的氨基酸残基（天冬氨酸Ｄ）被疏水性残基（丙氨酸。分开，从而形成“分子积木”
Ａ）
分类及设计原则２ 自组装多肽的定义、
８］
自组装多肽［是多肽分子之间通过氢键、静电相
互作用、疏水相互作用等非共价键自发形成的稳定的聚集体，由此可得到不同结构和功能的材料。自组装多肽是在单体水平上设计、合成高度有序的纳米结构，并且合成不可逆。
９］
，自组装多肽的种类很多［根据其特征和功能的
）、不同，可划分为：分子积木（分子Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ‘Ｌｅｏ’ｇ）、分子涂料（开关（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ‘Ｓｗｉｔｃｈ’Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
‘）、纳米微管（Ｖｅｌｃｒｏ’Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ）和分子胶囊（），如图１所示。Ｎａｎｏｖｅｓｉｃｌｅｓ２．１ 分子积木
由于具有亲水与疏水性质截然不同的表面，如图此类多肽能像积木的楔和孔一样自组装成不
２所示，
图２ 自组装多肽的分子单体及纳米纤维示意图ｅｔｉｄｅＦｉ．２ Ｇｒａｈｉｃａｌｒｅｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎ －ｐｐｇｐｐｇ
ａｎｄｎａｎｏｆｉｂｅ
ｒｍｏｎｏｍｅｒ
图３ ＲＡＤＡ１６ＲＡＤＡ１６ＥＡＫ１６ＡＫ１６－Ⅰ，－Ⅱ，－Ⅰ和Ｅ－Ⅱ的分子模型
Ｆｉ．３ ＭｏｌｅｃｕｌａｒｍｏｄｅｌｓｏｆＲＡＤＡ１６ＲＡＤＡ１６ＥＡＫ１６ｎｄＥＡＫ１６ －Ⅰ，－Ⅱ，－Ⅰａ －Ⅱｇ
２．２ 分子开关
这类多肽之所以成为新一代纳米启动装置的“分
［１１］
，主要原因是其二级结构会在外界条件如子开关”
温度、从而在分子元件Ｈ等改变时发生构象的变化，ｐ中可利用此结构突变控制其开关。代表性的多肽有ＤＡＲ１６ＡＫ１２等。如ＤＡＲ１６６个氨基－Ⅳ和Ｅ－Ⅳ由１
·３２６·
材料科学与工程学报２０１２年４月
酸组成，室温下可形成５但是在ｎｍ长的β－折叠结构，
则会突变为２高温条件下（７０℃以上）．５ｎｍ的α－螺旋结构。
２．３ 分子涂料
多肽“分子涂料”可在材料的表面经过自组装形成一层覆盖层，从而改善材料表面的生物活性，为细胞的黏附、生长和增殖提供一定的物质基础。此类多肽由三部分组成：①与特异的细胞识别和黏附有关的配体区；②与材料表面共价结合的锚定区；③将二者分隔的连接区。代表性的多肽有ＲＡＤＳＣ１４（ＲＡＤＳＲＡＤＳ－
和Ｒ二者均可在Ｅ化ＡＡＡＡＡＣ）ＡＤＳＣ１６等，Ｇ６ＳＨ（－学分子式为Ｈ化学名为Ｓ（ＣＨ２）ＯＣＨ２ＣＨ２）Ｈ，１１（６Ｏ
寡聚乙二醇结尾硫醇）表面形成自组装单层。这些短肽具有三种特征：①肽的末端配位基可与一些功能基团结合，从而被其它分子识别；②其中心的配位基既能自由地相互作用，又能决定肽的韧性；③肽表面的某些官能团之间形成共价键。根据配体和锚定基团设计的
１２］
，不同［多肽“分子涂料”可被用于特定种类细胞的识
材料方面具有很大的发展前景，如骨组织、神经组织的
１８］
。修复中均有应用［
３．１ 在骨组织工程中的研究
骨组织工程是将种子细胞接种于适宜的生物材料移植到骨组织的受损部位，最终达到修复骨组织结后，
构、恢复功能的目的。
（是由美国麻ＲＡＤ１６ＲＡＤＡＲＡＤＡＲＡＤＡＲＡＤＡ）
１０］
张曙光博士等［首次设计、合成并省理工学院（ＭＩＴ）投入市场的自组装多肽分子之一，其商品名为
ＴＭ
（，，ＭＡ，，ＰｕｒａＭａｔｒｉｘ３ＤＭ，Ｉｎｃ．ＣａｍｂｒｉｄｅＵＳＡ）ｇ
是由１合成方法简６个氨基酸自组装成纳米纤维网，
便，并且可通过增加离子强度或改变ｐＨ值来触发凝胶的形成。这种自组装多肽已被广泛地应用于生物材
］１９２０－
、包括软骨组织的修复［成骨细胞的增殖和料领域，
２１］２２］
、。分化［骨缺损中骨的再生等［
［３］
在烷基链修饰的多肽自组装方面ＳｔｕＳＩ等２ｐｐ
做了大量的工作，如图４所示，设计了一种包含亲水性
极性头和疏水性烷基链尾的两亲性多肽分子，并在其由该分子自组装形成纳米尾部连接磷酸化的丝氨酸，
纤维支架，研究此纤维对羟基磷灰石结晶的成核及生长的影响。实验表明，这种纳米纤维可以诱导羟基磷形成了纳米纤维与矿化羟基磷灰灰石进行生物矿化，
石所组成的复合材料，并且该复合材料的纳米有序结构与天然骨组织中胶原纤维与羟基磷灰石复合晶体的
］２４２５－
，结构具有极其相似的特征［这为自组装多肽纳米
进而为细胞间的信息别和不同基质材料的表面修饰，传递和细胞功能的研究提供新方法。
２．４ 纳米微管和分子胶囊
“纳米微管”和“分子胶囊”是由富表面活性的多肽分子通过分子内或分子间的非共价键（如静电作用、氢键）自组装而成，因其特殊的结构和生物相容性，可被
１３］
。用作药物、蛋白质和基因的载体材料［
自组装多肽的分子设计是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别，通过非共价键作用形成具有特定排列顺序的分子聚集体，其中非共价键相互作用是多肽分子发生自组装的关键。常见的非共价键相互作用包括氢键作用、范德华力、静电作疏水作用、阳离子－用、π－π堆积作用、π吸附作用
１４］
。在设计自组装多肽时，等［应遵循的分子设计原则
纤维用于骨组织工程支架材料的研究提供了非常重要的依据。
２６］
林娟等［研究ＭＣ３Ｔ３Ｅ１细胞在自组装多肽－
结果ＲＡＤＡ１６水凝胶支架上的生长和成骨分化情况，
铺展良好，呈纺锤样形ＭＣ３Ｔ３Ｅ１细胞在支架上黏附、－
可向成骨方向分化，并且能在凝胶内产生矿化基态，
２７］
质。盛宇等［在传统自组装多肽ＲＡＤＡ１６Ｉ－（ＲＡＤＡ１６）的基础上，成功地把细胞黏附基序
如下：①非共价键作用的相互协同可为多肽分子的自组装提供能量，即自组装的动力；②非共价键相互作用使自组装能维持自组装多肽的结构稳定性和完整性，体系的能量达到最低；③多肽分子要在空间上存在互补性，能够实现在空间的尺寸和方向上的重排与堆积，即形体互补原则；④所形成的自组装体系是能够模仿
］１５１７－
。生物过程的化学体系［
（连接到Ｒ再ａｒｉｎｉｎｅａｓａｒｔｉｃＲＧＤ）ＡＤ１６上，ｌｃｉｎｅ－ｇ－ｇｐｙ
构成了自组装多肽纳米纤与纯ＲＡＤ１６按比例混合，维支架，之后进行细胞培养实验，观察到成骨细胞（）在该支架材料上增殖、分化状态良好，结ＭＣ３Ｔ３Ｅ１－
果有明显的矿化沉积物。并且改进的支架材料比纯表明这种自组装多肽ＲＡＤ１６更能够促进细胞的增殖，
纳米纤维支架的成骨能力很强，在骨组织工程中具有潜在的应用价值。
３．２ 在神经组织工程中的研究
支架材料在神经组织工程中起着支撑、引导与营能与神经细胞良好地相容，并诱导轴突的发养的作用，
生与延长，抑制瘢痕组织的形成。
３自组装多肽构建组织工程支架材料
组织工程旨在开发能够修复、维持或改善组织或而自组装多肽良好的生物相器官功能的人工替代物，
容性和可调控的生物降解性，使其在组织工程的支架
第３０卷第２期王韵晴，等．自组装多肽支架材料的研究进展·３２７ ·
２３］）（））图４ （由疏水性烷基链和亲水多肽链段组成的两亲性多肽的化学结构，以及（自组装示意图［ａｂ３Ｄ分子模型，ｃ
［２３］），ｍ））Ｆｉ．４ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ａｏｌｅｃｕｌａｒｍｏｄｅｌ（ｂａｎｄｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｓｃｈｅｍａｔｉｃ（ｃｏｆｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄｂａｌｋｌｅｔｉｄｅｒｏｕｓ － ｇｇｙｙｐｐｇｐ
［］
精氨酸－丙氨酸－Ｈｏｌｍｅｓ等７将含有ＲＡＤＡ１６－Ⅱ（
天冬氨酸－丙氨酸，模型Ⅱ为－－＋＋－－＋＋的顺
３．３ 在脊髓组织工程中的研究
在脊髓组织工程中，支架材料为种子细胞提供生长的环境和空间，一方面能指引神经元轴突延伸，另一方面能防止外界其它成分的干扰和胶质瘢痕的形成，使新形成的组织尽可能地接近于正常组织的解剖结构。
３４］
（自组装多肽纳米纤维支架［ｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎ－ｇ
序）的多肽自组装成水凝胶，并与ＰＣ１２细胞共培养，结果该多肽水凝胶不仅能诱导Ｐ而Ｃ１２细胞的生长，且可使黏附在该水凝胶支架上的神经细胞发射出较长的神经轴突，并沿着支架表面继续生长，从而促进体外活性突触的形成。由此可见，神经细胞在这种多肽水凝胶支架中能表现出很好的活性。
异亮氨酸－赖氨酸－缬氨酸－丙氨酸－缬氨酸（是层粘连蛋白αＩｌｅＬｓａｌｌａａｌ，ＩＫＶＡＶ）－－Ｖ－Ａ－Ｖｙ１链
中包含的核心五肽片断，具有良好的生物活性，可促进
］２８３０－
。近年来为设计出神经元分化、黏附和轴突生长［［５］
新的生物功能化材料，在多肽链段中引ＳｔｕＳＩ等２ｐｐ
，是多肽片段经过ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｃａｆｆｏｌｄＳＡＰＮＳ）ｅｔｉｄｅ ｐｐ
相互之间可通过静电、疏水键等分精巧的设计修饰后，
自动地、有规则地排列组合而形成的纳米子间作用力，纤维活性材料。
［０］
利用自组装技术在一定ＴｓｓｅｌｉｎＭａｔｔｉａｃｅ等３ｙｇ
离子环境中形成了含有ＩＫＶＡＶ多肽的两亲性分子，
如向两亲性多肽链段入具有生物活性的氨基酸序列，
中引入能够促进神经轴突生长的异亮氨酸－赖氨酸－缬，氨酸－丙氨酸－缬氨酸序列（研究了两亲性多ＩＫＶＡＶ）肽链段与活性氨基酸序列之间的相互作用。
３１］
邹枕伟等［将鼠背根神经元细胞（ＤｏｒｓａｌＲｏｏｔ
并将其注入脊髓损伤动物模型。实验表明该种ＩＫＶＡＶ多肽支架材料不仅能抑制神经胶质瘢痕的形
成，而且能促进神经元轴突的延伸，有利于损伤脊髓组织的再生。
［５］
研究了ＳＧｕｏＪ等３ＡＰＮＳ对小鼠脊髓损伤的修
，）接种于自组装ＩｃｅｌｌＤＲＧｃＫＶＡＶ多肽纳米Ｇａｎｌｉａ ｇ
支架上共培养，观察其对ＤＲＧｃ的作用。结果表明，自组装ＩＫＶＡＶ多肽支架材料具有诱导轴突发生和生
［３２］长的特点。Ｗｕ等设计、合成了含有ＩＫＶＡＶ多肽
小鼠神经前体细胞和雪旺氏细胞分别与Ｓ复，ＡＰＮＳ经过联合培养后移植到横断脊髓背侧束的小鼠体内，结果表明Ｓ是一种ＡＰＮＳ能够修复大鼠脊髓的损伤，良好的脊髓组织工程支架材料。
活性位点的两亲性分子，并在体外自组装成纳米纤维凝胶。结果发现，ＩＫＶＡＶ自组装材料在密度为０．５８
２
／时，与Ｐ５．０ｃｍＣ１２细胞的黏附有明显增强，～１ｇμ
并且ＰＣ１２细胞的黏附率在一定范围内随密度的增加
４ 总结与展望
自组装多肽支架材料实现了在分子水平从微观到为组织工程领域的发展提宏观地进行新材料的设计，
供了新的动力。它不仅解决了材料与细胞界面相容性差的问题，而且在生物活性、细胞黏附性、降解性和免疫反应等方面均优于其他材料，因而自组装多肽支架材料具有广阔的发展空间。但是，自组装多肽支架材（）料的研究还面临着很多挑战：还不能准确地预测和１控制自组装多肽的结构，如对多肽纳米管在三维方向
表明Ｉ而升高，ＫＶＡＶ多肽自组装材料具有良好的生
３３］物相容性。吴斌［等成功地将ＩＫＶＡＶ多肽自组装
与ＢＭＳ成为纳米纤维凝胶，Ｃｓ复合培养细胞生长良好，活细胞数达９表明Ｉ０％以上，ＫＶＡＶ多肽自组装形成的纳米纤维凝胶具有良好的生物相容性和神经活性。因此，自组装ＩＫＶＡＶ多肽是一种良好的神经组织工程支架材料。
·３２８·
材料科学与工程学报２０１２年４月
（上的增长无法进行控制；自组装多肽支架材料，特２）其机械性能还不能完全满足要求，需别是水凝胶支架，
还需对自组装多肽做进一要进一步改善和提高。（３）步的改性，使其具有靶向性、控制细胞活动等特殊的功自组装多肽材料将会得能。如果这些问题得以解决，
到更广泛的应用，对社会的进步与发展起着重要的推动作用。
参
考
文
献
［］，（）：ｍｏｌｅｃｕｌｅｓＪ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００４，１０４３１２０１～１２１８．
［］，Ｍ１５ｏｓｈｉｍｕｒａＩｉａｈａｒａａｓａｉｔｌ．Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｙ Ｙ，Ｋ Ｎ，ｅ ａｙｇ
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ｆｏｓｔｅｒｓｃｈｏｎｄｒｏｃｔｅｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒｍａｔｒｉｘａｎｄｒｏｄｕｃｔｉｏｎｈｄｒｏｅｌ ｙｐｙｇ：］ｃｅｌｌｄｉｖｉｓｉｏｎＩｍｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｃａｒｔｉｌａｅｔｉｓｓｕｅｒｅａｉｒ［Ｊ．Ｐｒｏｃ． ｐｇｐ（）：２００２，９９１５９９９６～１０００１．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，
［］２０ｈｕｕａｎＺｈａｎ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｆｎｏｖｅｌｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓｈｒｏｕｈ Ｓ ｏ ｔｇｇｇｇ
［］，：ｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌＪ．Ｎａｔ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．２００３，２１（１０）ｍｏｌｅｃｕｌａｒ －ｙ１１７１～１１７８．
［］２１ｏｒｉｉＡ，ＷａｎＸ，ＧｅｌａｉｎＦ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏｌｏｉｃａｌｄｅｓｉｎｅｒｓｅｌｆ Ｈ －ｇｇｇ
ｅｔｉｄｅａｓｓｅｍｂｌｉｎａｎｏｆｉｂｅｒｃａｆｆｏｌｄｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌｎｈａｎｃｅ ｎ ｓ ｓｐｐｇｇｙ ｅ，ｄｏｓｔｅｏｂｌａｓｔｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎａｎｄ３ｍｉｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ －Ｄ ｇｐ：ｅ：１／ＯＮＥ，２００７，２（２）１９０．ｄｏｉ０．１３７１ｏｕｒｎａｌ．ｏｎｅ．ＰＬｏＳ ｊｐ００００１９０．
［］２２ｉｓａｗａＨ，Ｋｏｂａａｓｈｉｏｔｏｕｔｉｅｒｒｅｚｔｌ． Ｍ Ｎ，Ｓ－Ｇ Ａ，ｅ ａｙ
ＴＭ
ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｓｂｏｎｅｒｅｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎｂｏｎｅｄｅｆｅｃｔｓｏｆＰｕｒａＭａｔｒｉｘ ｇ
［１］ａｎｃｅｄｄａＲ，Ｇｉａｎｎｏｎｉａｓｔｒｏｉａｃｏｍｏｉｓｓｕｅ Ｃ Ｐ，Ｍ Ｍ．Ａ ｔｇ
ｅｎｉｎｅｅｒｉｎａｒｏａｃｈｔｏｂｏｎｅｒｅａｉｒｉｎｌａｒｅａｎｉｍａｌｍｏｄｅｌｓａｎｄｉｎ ｇｇｐｐｐｇ ］，（）：ｒａｃｔｉｃｅ［Ｊ．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ２００７，２８２９４２４０～４２５０．ｃｌｉｎｉｃａｌ ｐ
［２］ａｕｓａＦ，ＮｅｔｔｉＰＡ，ＡｍｂｒｏｓｉｏＬ．Ａ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｃａｆｆｏｌｄｆｏｒ Ｃ －
：］ｔｉｓｓｕｅｒｅｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｈｅｎｅｅｄｔｏｅｎｉｎｅｅｒａｔｉｓｓｕｅａｎａｌｏｕｅ［Ｊ． ｇｇｇ，（）：Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ２００７，２８３４５０９３～５０９９．
［３］ａｔｔａＮ，Ｐｈａｍ ＱＰ，Ｓｈａｒｍａｔｌ．Ｉｎｉｔｒｏｅｎｅｒａｔｅｄ Ｄ Ｕ，ｅ ａ ｖ ｇ
ｍａｔｒｉｘａｎｄｆｌｕｉｄｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｓｎｅｒｉｓｔｉｃａｌｌｅｎｈａｎｃｅｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ ｙｇｙ ３Ｄｏｓｔｅｏｂｌａｓｔｉｃｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ． （）：２００６，１０３８２４８８～２４９３．ＵＳＡ，
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（下转第３１１页）
第３０卷第２期陈开花，等．基于含二硫键的小分子单体合成新型转基因载体的研究进展·３１１ ·
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［］，Ｃ．Ｗｕ，Ｄ．Ｏ１９．Ｃｈｅｎｕｉｃｋ．ＢｉｏｒｅｄｕｃｉｂｌｅＨｅｒｂｒａｎｃｈｅｄ Ｊ ｐｙｙｐ
（）］，ＰｏｌａｍｉｄｏａｍｉｎｅｓｆｏｒＧｅｎｅＤｅｌｉｖｅｒＪ．Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｙｙ［２００９，１０：２９２１～２９２７．
［］，Ｗ．Ｊ，Ｒ．Ｊ２０ｏｓｓｅｌｉｎ．Ｇｕｏ．Ｌｅｅ．ＥｆｆｉｃｉｅｎｔＧｅｎｅ Ｍ．Ａ．Ｇ
ＴｒａｎｓｆｅｒＵｓｉｎＲｅｖｅｒｓｉｂｌＣｒｏｓｓｉｎｋｅｄＬｏｗ ＭｏｌｅｃｕｌａｒＷｅｉｈｔ －Ｌ ｇｙｇ ［］，Ｊ．ＢｉｏｃｏｎｕａｔｅＣｈｅｍｉｓｔｒ２００１，１２：９８９～Ｐｏｌｅｔｈｌｅｎｉｍｉｎｅ ｊｇｙｙｙ９９４．
［］，Ｋ．Ｄ．Ｌ２１Ｃｈｏｉｅｅ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｄｅｌｉｖｅｒｕｓｉｎｄｉｓｕｌｆｉｄｅｅｎｅ Ｓ． －ｙｇｇ
ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄｏｗ ｍｏｌｅｃｕｌａｒｅｉｈｔｏｌｅｔｈｌｅｎｉｍｉｎｅｉｔｈ ｌ ｗ ｐ ｗｇｙｙ［］ｏｏｌｅｔｈｌｅｎｉｍｉｎｅｄｉｓｕｌｆｉｄｅｃｏｎｕａｔｅＪ．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｌｉｓｔｅｒｉｏｌｓｉｎ ｐｙｙｊｇｙ，ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＲｅｌｅａｓｅ２００８，１３１：７０～７６．
［］，Ｃ．Ｈ，Ｊ，ｅ２２Ｐｅｎｕ．Ｃｈｅｎｔａｌ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＤｉｓｕｌｆｉｄｅ Ｑ． ｇｇ
Ｄｅｎｓｉｔｎｄｏｌｅｃｕｌａｒｅｉｈｔｎｉｓｕｌｆｉｄｅｒｏｓｓｉｎｋｅｄ Ｍ Ｗ ｏ Ｄ Ｃ－Ｌｙｇ ａ［］，ＰｏｌｅｔｈｌｅｎｉｍｉｎｅａｓＧｅｎｅＶｅｃｔｏｒｓＪ．ＢｉｏｃｏｎｕａｔｅＣｈｅｍｉｓｔｒ ｙｙｊｇｙ２００９，２０：３４０～３４６．
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ｏｌａｍｉｎｅｓｆｏｒｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒａｎｄｔｒａｎｓｆｅｃｔｉｏｎｏｆｂｒａｉｎｃａｉｌｌａｒ ｐｙｇｙｐｙ ［］，ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌｃｅｌｌｓＪ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＲｅｌｅａｓｅ２０１０，１４３： ３５９～３６６．
［］，Ａ．Ｖ，ｅ２４Ｌ．Ｊｉａｎａｎ．Ｄｅｒ．Ｈｏｒｓｔｔｌ．Ｍｏｌａｒａｓｓ Ｘ． ａ－Ｍｇ
ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＣａｔｉｏｎｉｃＰｏｌｍｅｒｓｆｏｒＧｅｎｅＤｅｌｉｖｅｒｂ ｙｙｙ ＡｕｅｏｕｓＳｉｚｅｘｃｌｕｓｉｏｎＣｈｒｏｍａｔｏｒａｈＪ］．Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ －Ｅ ｑｇｐｙ［，２００６，２３：５９５～６０３．Ｒｅｓｅａｒｃｈ
［］基质辅助激光解吸离子化—飞行时间质谱法在生化和２５ 陈执中．
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）ＤｅｒａｄａｔｉｏｎＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＢｉｏｒｅｄｕｃｉｂｌｅＰｏｌｄｉｓｕｌｆｉｄｅａｍｉｎｅｆｏｒ ｇｙ（］，ＳｉＲＮＡＥｆｆｉｃｉｅｎｃＪ．Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ２０１０，１０：８９８～Ｅｎｈａｎｃｉｎ ｙ［ｇ ９０５．
檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿
：／５９４～５９６．ｄｏｉ１０．１００７ｓ１１５９６００６０５３０７．－－－（上接第３２８页）
［］３０ｓｓｅｌｉｎａｔｔｉａｃｅＶＭ，ＳａｈｎｉｉｅｃｅＬ，ｅｔｌ．Ｓｅｌｆ Ｔ－Ｍ Ｖ，Ｎ Ｋ ａ－ｙｇ
ａｓｓｅｍｂｌｉｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｉｎｈｉｂｉｔｌｉａｌｓｃａｒｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｒｏｍｏｔｅ ｇｇｐ ［］，ｅｌｏｎａｔｉｏｎａｆｔｅｒｓｉｎａｌｃｏｒｄｉｎｕｒＪ．Ｊ．Ｎｅｕｒｏｓｃｉ．２００８，ａｘｏｎ ｇｐｊｙ（）：２８１４３８１４～３８２３．
［］自组装Ｉ３１ＫＶＡＶ多肽 邹枕玮，郑启新，吴永超，吴斌，宋玉林．
］纳米支架及其对背根神经节神经元细胞的作用［Ｊ．中国脊柱脊（）：髓杂志，２００７，１７６４５０～４５３．
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［］ＩＫＶＡＶｎａｎｏｆｉｂｅｒｓａｄｈｅｒｅｎｃｅｏｆＰＣ１２ｃｅｌｌｓＪ．ｅｔｉｄｅｒｏｍｏｔｅ ｐｐｐ），：Ｊ．ＨｕａｚｈｏｎＵｎｉｖ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．（ＭｅｄＳｃｉ２００６，２６（５） ｇ
［］，Ｙ３３ｉｎ Ｗｕ，ＱｉｘｉｎＺｈｅｎｏｎｃｈａｏＷｕ，ＸｉａｏｄｏｎＧｕｏ．Ｓｅｌｆ Ｂ －ｇｇｇ
ａｓｓｅｍｂｌｆＫＶＡＶｅｔｉｄｅａｎｏｆｉｂｅｒｄｒｏｅｌｓｎｄｔｓ Ｉ ｐ ｎ ｈ ａ ｉｙｙｇｐ ｏｓｔｕｄｉｅｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｂｏｎｅｍａｒｒｏｗｓｔｅｍｃｅｌｌｓｂｉｏｃｏｍａｔｉｂｉｌｉｔ ｐｙ ［］（）：Ｊ．Ｃｈｉｎ．Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎ．，２００８，２７３４７１～４７５．ｇ
［］自组装纳米纤维支架在神经组织工程中的３４ 张伟，李明，傅强．
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［］，，３５ｉａｓｏｎＧｕｏＨｕａｎｘｉｎＳｕ，ＹｕａｎｓｈａｎＺｅｎｅｔａｌ．Ｒｅｋｎｉｔｔｉｎ Ｊ ｇｇｇｇ
ｔｈｅｉｎｕｒｅｄｓｉｎａｌｃｏｒｄｂｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｅｔｉｄｅｎａｎｏｆｉｂｅｒ － ｊｐｙｇｐｐ ：Ｎ，２Ｊ］．Ｎａｎｏｍｅｄ．ａｎｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂｉｏｌ．Ｍｅｄ．００７，３ｓｃａｆｆｏｌｄ［（）：４３１１～３２１．
第３０卷 第２期材 料 科 学 与 工 程 学 报
总第１３６期
（）文章编号：１６７３２８１２２０１２０２０３２４０６－－－
自组装多肽支架材料的研究进展
王韵晴，卢婷利，陈 婷，马玉樊，赵 雯，陈 涛
（）西北工业大学生命学院，空间环境模拟技术国防重点学科实验室，陕西西安 ７１００７２
摘 要】疏水性作用、 【 多肽分子可以利用氢键、π－π堆积作用等非共价键力自组装形成形态与结
构特异的多肽分子聚集体，如分子积木、分子开关、分子涂料及纳米纤维等，由于多肽分子良好的生物相容性和可调控的降解性，自组装多肽在组织工程、药物缓释等方面表现出巨大的应用潜力。本文总体介绍了多肽自组装的几种结构模型及自组装的设计原则，重点叙述了自组装多肽作为组织工程支架材料的研究进展。
【关键词】纳米纤维；组织工程；支架材料 自组装多肽；中图分类号：Ｑ８１９ 文献标识码：Ａ
ＲｅｓｅａｒｃｈＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＳｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎＰｅｔｉｄｅＳｃａｆｆｏｌｄｓ － ｇｐ
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，’）ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏＸｉａｎ１００７２，Ｃｈｉｎａ ７ｇｙ
【】，，Ａｂｓｔｒａｃｔｅｔｉｄｅｃａｎｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｅｔｈｒｏｕｈｔｈｅｎｏｎｃｏｖａｌｅｎｔｂｏｎｄａｃｔｉｏｎｓｕｃｈａｓｈｄｒｏｅｎｂｏｎｄ Ｐ ｐｇｙｇ
，ａ，ｆ，ｈｄｒｏｈｏｂｉｃｉｔａｎｄπｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｎｄｆｏｒｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｔｉｄｅｍｏｌｅｃｕｌａｒａｒｅａｔｉｏｎｓｏｒｅｘａｍｌｅ－πａ ｙｐｙｐｐｇｇｇｐ
ｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｒｉｃｋ，ｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｗｉｔｃｈ，ｍｏｌｅｃｕｌａｒａｉｎｔａｎｄｎａｎｏｆｉｂｅｒ．Ｔｈｅｓｅｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｅｔｉｄｅｓａｒｅ － ｐｇｐｐ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｔｈｅｉｒｂｉｏｃｏｍａｔｉｂｉｌｉｔａｎｄｒｅｕｌａｔｏｒｂｉｏｄｅｒａｄａｔｉｏｎ．Ｓｏｉｔｉｓａｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｉｎｔｈｅｏｏｄｏｔｅｎｔｉａｌ ｙｐｙｇｙｇｇｐ
，ｗｆｉｅｌｄｏｆｔｉｓｓｕｅｅｎｉｎｅｅｒｉｎａｎｄｓｕｓｔａｉｎｅｄｄｒｕｄｅｌｉｖｅｒｓｓｔｅｍｓ．Ｉｎｔｈｉｓａｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｓｅｖｅｒａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｇｇｇｙｙｐｐ ｍａｄｅｆｒｏｍｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｅｔｉｄｅｓａｎｄｔｈｅｅｎｅｒａｌｒｉｎｃｉｌｅｓｆｏｒｅｔｉｄｅｄｅｓｉｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｓｅｌｆｍｏｄｅｌｓ － －ｇｐｐｇｐｐｐｐｇ ａｓｓｅｍｂｌｉｎｓｃａｆｆｏｌｄｓｉｎｔｉｓｓｕｅｅｎｉｎｅｅｒｉｎｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．ｅｔｉｄｅ ｇｇｇｐｐ
【】；；；ｅｔｉｄｅｓＫｅｗｏｒｄｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｔｉｓｓｕｅｅｎｉｎｅｅｒｉｎｓｃａｆｆｏｌｄｍａｔｅｒｉａｌｓ ｓ－ ｐｐｇｇｇｙ
达到对组织、器新的具有与原形态和功能相似的组织，
１ 引 言
组织、器官的损伤或功能障碍是严重影响患者生活质量并且给社会带来严重经济负担的疾病之一。目前，组织工程是一种重要的治疗手段，其基本原理是将种子细胞经体外培养扩增后，接种于具有一定生物特性的三维多孔支架材料上，再将这种细胞／支架复合体植入组织、器官的受损部位，在细胞不断增殖并分泌基质的同时，支架材料逐步降解并被人体吸收，最终形成
；收稿日期：修订日期：２０１１０３１６２０１１０５１６－－－－
官修复或重建的目的。组织工程包括三个基本要素：支架材①种子细胞；②支架材料；③信号因子。其中，
料为种子细胞的黏附、生长提供了良好的三维结构，同时其内部足够大的表面积与空间，有利于营养物质的输送与代谢废物的排出。因此，支架材料是组织工程
１］
。的关键要素之一［
一般来讲，理想的组织工程支架材料应该具备：①存在易于设计和修饰的基本单元；②无细胞毒性；③能够促进或抑制细胞与材料之间的相互作用；④引发的
），）基金项目：国家自然科学基金资助项目（陕西省自然科学基金资助项目（２０８７２１１９２０１０ＪＭ２０２１，作者简介：王韵晴（女，陕西汉中人，硕士研究生，现在从事医用高分子材料的研究。１９８７－）：通讯作者：卢婷利，副教授。Ｅ－ｍａｉｌｌｕｔｉｎｌｉｘｉｎｘｉｎｗｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．＠ｎｇｐ
第３０卷第２期王韵晴，等．自组装多肽支架材料的研究进展·３２５ ·
免疫反应和炎症达到最小；⑤生物降解速率可调控；⑥与水溶液或生理环境有良好的化学相容性；⑦几何特
］２５－
。纯化和处理［性易于控制；⑧易于生产、
自组装多肽是一种相容性良好、活性较高的生物
［］
早在１材料，９９３年张曙光教授等６发现一种可自组装
的离子互补型多肽，并用这种多肽合成了水凝胶膜。近年来随着科学家们研究的不断深入，自组装多肽的组织工程等领域中的研设计及应用已成为材料科学、
究热点之一。自组装多肽具有以下特点：①其多肽序列来源于自然界；②多肽序列可根据需要进行修改；③无毒副反应及免疫反应；④具有良好的表面活性和生物相容性；且降解产物为氨基酸单体，⑤可生物降解，可作为生物体营养物质的来源；⑥易于获取或人工设
７］
。因此，自组装多肽有望在组织工程中用作创伤计［
１０］图１ 自组装多肽的分类［
［１０］
Ｆｉ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｅｔｉｄｅｓ －ｇｇｐｐ
［６］
。代表性的同的结构，因而被称为多肽“分子积木”
修复的支架材料。
本文就自组装多肽支架材料在组织工程中的研究进展作一综述。
多肽有ＲＡＤ１６和ＥＡＫ１６（ＡＥＡＥＡＫＡＫＡＥＡＥＡＫ
等。这些多肽可以在分子水平自组装成βＡＫ）－折叠结构，即在亲水面往复形成互补离子键。这些互补离子面又可根据其上带“正”或“负”电荷的氨基酸残基排列顺序的不同，分为Ⅰ、其中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和混合类模式，模式Ⅰ为－＋－＋－＋－＋的顺序，模式Ⅱ为－－＋模式Ⅲ为－－－＋＋＋的顺序，模＋－－＋＋的顺序，
，式Ⅳ为－－－－＋＋＋＋的顺序（从碳端到氮端）不同的顺序能够实现不同形式的自组装，如图３所示。精氨酸Ｒ）和带负ＲＡＤ１６就是带正电的氨基酸残基（
电的氨基酸残基（天冬氨酸Ｄ）被疏水性残基（丙氨酸。分开，从而形成“分子积木”
Ａ）
分类及设计原则２ 自组装多肽的定义、
８］
自组装多肽［是多肽分子之间通过氢键、静电相
互作用、疏水相互作用等非共价键自发形成的稳定的聚集体，由此可得到不同结构和功能的材料。自组装多肽是在单体水平上设计、合成高度有序的纳米结构，并且合成不可逆。
９］
，自组装多肽的种类很多［根据其特征和功能的
）、不同，可划分为：分子积木（分子Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ‘Ｌｅｏ’ｇ）、分子涂料（开关（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ‘Ｓｗｉｔｃｈ’Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
‘）、纳米微管（Ｖｅｌｃｒｏ’Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ）和分子胶囊（），如图１所示。Ｎａｎｏｖｅｓｉｃｌｅｓ２．１ 分子积木
由于具有亲水与疏水性质截然不同的表面，如图此类多肽能像积木的楔和孔一样自组装成不
２所示，
图２ 自组装多肽的分子单体及纳米纤维示意图ｅｔｉｄｅＦｉ．２ Ｇｒａｈｉｃａｌｒｅｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎ －ｐｐｇｐｐｇ
ａｎｄｎａｎｏｆｉｂｅ
ｒｍｏｎｏｍｅｒ
图３ ＲＡＤＡ１６ＲＡＤＡ１６ＥＡＫ１６ＡＫ１６－Ⅰ，－Ⅱ，－Ⅰ和Ｅ－Ⅱ的分子模型
Ｆｉ．３ ＭｏｌｅｃｕｌａｒｍｏｄｅｌｓｏｆＲＡＤＡ１６ＲＡＤＡ１６ＥＡＫ１６ｎｄＥＡＫ１６ －Ⅰ，－Ⅱ，－Ⅰａ －Ⅱｇ
２．２ 分子开关
这类多肽之所以成为新一代纳米启动装置的“分
［１１］
，主要原因是其二级结构会在外界条件如子开关”
温度、从而在分子元件Ｈ等改变时发生构象的变化，ｐ中可利用此结构突变控制其开关。代表性的多肽有ＤＡＲ１６ＡＫ１２等。如ＤＡＲ１６６个氨基－Ⅳ和Ｅ－Ⅳ由１
·３２６·
材料科学与工程学报２０１２年４月
酸组成，室温下可形成５但是在ｎｍ长的β－折叠结构，
则会突变为２高温条件下（７０℃以上）．５ｎｍ的α－螺旋结构。
２．３ 分子涂料
多肽“分子涂料”可在材料的表面经过自组装形成一层覆盖层，从而改善材料表面的生物活性，为细胞的黏附、生长和增殖提供一定的物质基础。此类多肽由三部分组成：①与特异的细胞识别和黏附有关的配体区；②与材料表面共价结合的锚定区；③将二者分隔的连接区。代表性的多肽有ＲＡＤＳＣ１４（ＲＡＤＳＲＡＤＳ－
和Ｒ二者均可在Ｅ化ＡＡＡＡＡＣ）ＡＤＳＣ１６等，Ｇ６ＳＨ（－学分子式为Ｈ化学名为Ｓ（ＣＨ２）ＯＣＨ２ＣＨ２）Ｈ，１１（６Ｏ
寡聚乙二醇结尾硫醇）表面形成自组装单层。这些短肽具有三种特征：①肽的末端配位基可与一些功能基团结合，从而被其它分子识别；②其中心的配位基既能自由地相互作用，又能决定肽的韧性；③肽表面的某些官能团之间形成共价键。根据配体和锚定基团设计的
１２］
，不同［多肽“分子涂料”可被用于特定种类细胞的识
材料方面具有很大的发展前景，如骨组织、神经组织的
１８］
。修复中均有应用［
３．１ 在骨组织工程中的研究
骨组织工程是将种子细胞接种于适宜的生物材料移植到骨组织的受损部位，最终达到修复骨组织结后，
构、恢复功能的目的。
（是由美国麻ＲＡＤ１６ＲＡＤＡＲＡＤＡＲＡＤＡＲＡＤＡ）
１０］
张曙光博士等［首次设计、合成并省理工学院（ＭＩＴ）投入市场的自组装多肽分子之一，其商品名为
ＴＭ
（，，ＭＡ，，ＰｕｒａＭａｔｒｉｘ３ＤＭ，Ｉｎｃ．ＣａｍｂｒｉｄｅＵＳＡ）ｇ
是由１合成方法简６个氨基酸自组装成纳米纤维网，
便，并且可通过增加离子强度或改变ｐＨ值来触发凝胶的形成。这种自组装多肽已被广泛地应用于生物材
］１９２０－
、包括软骨组织的修复［成骨细胞的增殖和料领域，
２１］２２］
、。分化［骨缺损中骨的再生等［
［３］
在烷基链修饰的多肽自组装方面ＳｔｕＳＩ等２ｐｐ
做了大量的工作，如图４所示，设计了一种包含亲水性
极性头和疏水性烷基链尾的两亲性多肽分子，并在其由该分子自组装形成纳米尾部连接磷酸化的丝氨酸，
纤维支架，研究此纤维对羟基磷灰石结晶的成核及生长的影响。实验表明，这种纳米纤维可以诱导羟基磷形成了纳米纤维与矿化羟基磷灰灰石进行生物矿化，
石所组成的复合材料，并且该复合材料的纳米有序结构与天然骨组织中胶原纤维与羟基磷灰石复合晶体的
］２４２５－
，结构具有极其相似的特征［这为自组装多肽纳米
进而为细胞间的信息别和不同基质材料的表面修饰，传递和细胞功能的研究提供新方法。
２．４ 纳米微管和分子胶囊
“纳米微管”和“分子胶囊”是由富表面活性的多肽分子通过分子内或分子间的非共价键（如静电作用、氢键）自组装而成，因其特殊的结构和生物相容性，可被
１３］
。用作药物、蛋白质和基因的载体材料［
自组装多肽的分子设计是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别，通过非共价键作用形成具有特定排列顺序的分子聚集体，其中非共价键相互作用是多肽分子发生自组装的关键。常见的非共价键相互作用包括氢键作用、范德华力、静电作疏水作用、阳离子－用、π－π堆积作用、π吸附作用
１４］
。在设计自组装多肽时，等［应遵循的分子设计原则
纤维用于骨组织工程支架材料的研究提供了非常重要的依据。
２６］
林娟等［研究ＭＣ３Ｔ３Ｅ１细胞在自组装多肽－
结果ＲＡＤＡ１６水凝胶支架上的生长和成骨分化情况，
铺展良好，呈纺锤样形ＭＣ３Ｔ３Ｅ１细胞在支架上黏附、－
可向成骨方向分化，并且能在凝胶内产生矿化基态，
２７］
质。盛宇等［在传统自组装多肽ＲＡＤＡ１６Ｉ－（ＲＡＤＡ１６）的基础上，成功地把细胞黏附基序
如下：①非共价键作用的相互协同可为多肽分子的自组装提供能量，即自组装的动力；②非共价键相互作用使自组装能维持自组装多肽的结构稳定性和完整性，体系的能量达到最低；③多肽分子要在空间上存在互补性，能够实现在空间的尺寸和方向上的重排与堆积，即形体互补原则；④所形成的自组装体系是能够模仿
］１５１７－
。生物过程的化学体系［
（连接到Ｒ再ａｒｉｎｉｎｅａｓａｒｔｉｃＲＧＤ）ＡＤ１６上，ｌｃｉｎｅ－ｇ－ｇｐｙ
构成了自组装多肽纳米纤与纯ＲＡＤ１６按比例混合，维支架，之后进行细胞培养实验，观察到成骨细胞（）在该支架材料上增殖、分化状态良好，结ＭＣ３Ｔ３Ｅ１－
果有明显的矿化沉积物。并且改进的支架材料比纯表明这种自组装多肽ＲＡＤ１６更能够促进细胞的增殖，
纳米纤维支架的成骨能力很强，在骨组织工程中具有潜在的应用价值。
３．２ 在神经组织工程中的研究
支架材料在神经组织工程中起着支撑、引导与营能与神经细胞良好地相容，并诱导轴突的发养的作用，
生与延长，抑制瘢痕组织的形成。
３自组装多肽构建组织工程支架材料
组织工程旨在开发能够修复、维持或改善组织或而自组装多肽良好的生物相器官功能的人工替代物，
容性和可调控的生物降解性，使其在组织工程的支架
第３０卷第２期王韵晴，等．自组装多肽支架材料的研究进展·３２７ ·
２３］）（））图４ （由疏水性烷基链和亲水多肽链段组成的两亲性多肽的化学结构，以及（自组装示意图［ａｂ３Ｄ分子模型，ｃ
［２３］），ｍ））Ｆｉ．４ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ａｏｌｅｃｕｌａｒｍｏｄｅｌ（ｂａｎｄｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｓｃｈｅｍａｔｉｃ（ｃｏｆｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄｂａｌｋｌｅｔｉｄｅｒｏｕｓ － ｇｇｙｙｐｐｇｐ
［］
精氨酸－丙氨酸－Ｈｏｌｍｅｓ等７将含有ＲＡＤＡ１６－Ⅱ（
天冬氨酸－丙氨酸，模型Ⅱ为－－＋＋－－＋＋的顺
３．３ 在脊髓组织工程中的研究
在脊髓组织工程中，支架材料为种子细胞提供生长的环境和空间，一方面能指引神经元轴突延伸，另一方面能防止外界其它成分的干扰和胶质瘢痕的形成，使新形成的组织尽可能地接近于正常组织的解剖结构。
３４］
（自组装多肽纳米纤维支架［ｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎ－ｇ
序）的多肽自组装成水凝胶，并与ＰＣ１２细胞共培养，结果该多肽水凝胶不仅能诱导Ｐ而Ｃ１２细胞的生长，且可使黏附在该水凝胶支架上的神经细胞发射出较长的神经轴突，并沿着支架表面继续生长，从而促进体外活性突触的形成。由此可见，神经细胞在这种多肽水凝胶支架中能表现出很好的活性。
异亮氨酸－赖氨酸－缬氨酸－丙氨酸－缬氨酸（是层粘连蛋白αＩｌｅＬｓａｌｌａａｌ，ＩＫＶＡＶ）－－Ｖ－Ａ－Ｖｙ１链
中包含的核心五肽片断，具有良好的生物活性，可促进
］２８３０－
。近年来为设计出神经元分化、黏附和轴突生长［［５］
新的生物功能化材料，在多肽链段中引ＳｔｕＳＩ等２ｐｐ
，是多肽片段经过ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｃａｆｆｏｌｄＳＡＰＮＳ）ｅｔｉｄｅ ｐｐ
相互之间可通过静电、疏水键等分精巧的设计修饰后，
自动地、有规则地排列组合而形成的纳米子间作用力，纤维活性材料。
［０］
利用自组装技术在一定ＴｓｓｅｌｉｎＭａｔｔｉａｃｅ等３ｙｇ
离子环境中形成了含有ＩＫＶＡＶ多肽的两亲性分子，
如向两亲性多肽链段入具有生物活性的氨基酸序列，
中引入能够促进神经轴突生长的异亮氨酸－赖氨酸－缬，氨酸－丙氨酸－缬氨酸序列（研究了两亲性多ＩＫＶＡＶ）肽链段与活性氨基酸序列之间的相互作用。
３１］
邹枕伟等［将鼠背根神经元细胞（ＤｏｒｓａｌＲｏｏｔ
并将其注入脊髓损伤动物模型。实验表明该种ＩＫＶＡＶ多肽支架材料不仅能抑制神经胶质瘢痕的形
成，而且能促进神经元轴突的延伸，有利于损伤脊髓组织的再生。
［５］
研究了ＳＧｕｏＪ等３ＡＰＮＳ对小鼠脊髓损伤的修
，）接种于自组装ＩｃｅｌｌＤＲＧｃＫＶＡＶ多肽纳米Ｇａｎｌｉａ ｇ
支架上共培养，观察其对ＤＲＧｃ的作用。结果表明，自组装ＩＫＶＡＶ多肽支架材料具有诱导轴突发生和生
［３２］长的特点。Ｗｕ等设计、合成了含有ＩＫＶＡＶ多肽
小鼠神经前体细胞和雪旺氏细胞分别与Ｓ复，ＡＰＮＳ经过联合培养后移植到横断脊髓背侧束的小鼠体内，结果表明Ｓ是一种ＡＰＮＳ能够修复大鼠脊髓的损伤，良好的脊髓组织工程支架材料。
活性位点的两亲性分子，并在体外自组装成纳米纤维凝胶。结果发现，ＩＫＶＡＶ自组装材料在密度为０．５８
２
／时，与Ｐ５．０ｃｍＣ１２细胞的黏附有明显增强，～１ｇμ
并且ＰＣ１２细胞的黏附率在一定范围内随密度的增加
４ 总结与展望
自组装多肽支架材料实现了在分子水平从微观到为组织工程领域的发展提宏观地进行新材料的设计，
供了新的动力。它不仅解决了材料与细胞界面相容性差的问题，而且在生物活性、细胞黏附性、降解性和免疫反应等方面均优于其他材料，因而自组装多肽支架材料具有广阔的发展空间。但是，自组装多肽支架材（）料的研究还面临着很多挑战：还不能准确地预测和１控制自组装多肽的结构，如对多肽纳米管在三维方向
表明Ｉ而升高，ＫＶＡＶ多肽自组装材料具有良好的生
３３］物相容性。吴斌［等成功地将ＩＫＶＡＶ多肽自组装
与ＢＭＳ成为纳米纤维凝胶，Ｃｓ复合培养细胞生长良好，活细胞数达９表明Ｉ０％以上，ＫＶＡＶ多肽自组装形成的纳米纤维凝胶具有良好的生物相容性和神经活性。因此，自组装ＩＫＶＡＶ多肽是一种良好的神经组织工程支架材料。
·３２８·
材料科学与工程学报２０１２年４月
（上的增长无法进行控制；自组装多肽支架材料，特２）其机械性能还不能完全满足要求，需别是水凝胶支架，
还需对自组装多肽做进一要进一步改善和提高。（３）步的改性，使其具有靶向性、控制细胞活动等特殊的功自组装多肽材料将会得能。如果这些问题得以解决，
到更广泛的应用，对社会的进步与发展起着重要的推动作用。
参
考
文
献
［］，（）：ｍｏｌｅｃｕｌｅｓＪ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００４，１０４３１２０１～１２１８．
［］，Ｍ１５ｏｓｈｉｍｕｒａＩｉａｈａｒａａｓａｉｔｌ．Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｙ Ｙ，Ｋ Ｎ，ｅ ａｙｇ
ｒｅｃｏｎｉｔｉｏｎｉｎａｓｕｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒｈｄｒｏｅｌｔｏａｆｆｏｒｄａｓｅｍｉｅｔ －ｗｇｐｙｇ［］，（：ｓｅｎｓｏｒｃｈｉＪ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００４，１２６３９）１２２０４～ ｐ１２２０５．
［］１６ｈａｋｉＮＫ，ＶｉａａｍｏｈａｎａｎＫ．Ｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｅｄｍｏｎｏｌａｅｒｓａｓａ Ｃ － ｊｙｙ
ｌａｔｆｏｒｍｔｕｎａｂｌｅｏｒｉｏｓｅｎｓｏｒｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｓｅｎｓ． ｆ ｂ ａｐｐｐ（）：Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．，２００２，１７１～２１～１２．
［］，１７ａｈｌｅｒＡ，ＲｅｃｈｅｓＭ，ＲｅｃｈｔｅｒＭ，ｅｔａｌ．Ｒｉｉｄｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍ －ｇ
］ｃｏｍｏｓｅｄｏｆａｍｏｄｉｆｉｅｄａｒｏｍａｔｉｃｄｉｅｔｉｄｅ［Ｊ．Ａｄｖ．ｈｄｒｏｅｌ ｐｐｐｙｇ（）：Ｍａｔｅｒ．，２００６，１８１１１３６５～１３７０．
［］１８ｏｌｍｅｓＴＣ．Ｎｏｖｅｌｅｔｉｄｅｂａｓｅｄｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓｃａｆｆｏｌｄｓｆｏｒｔｉｓｓｕｅ Ｈ － ｐｐ
［］（）：Ｊ．ＴｒｅｎｄｓＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．，２００２，２０１１６～２１．ｅｎｉｎｅｅｒｉｎ ｇｇ
［］，Ｊ１９ｉｓｉｄａＪｉｎＭ，ＫｕｒｚＢ，ｅｔａｌ．Ｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｉｎｅｔｉｄｅ Ｋ －ｙｇｐｐ
ｆｏｓｔｅｒｓｃｈｏｎｄｒｏｃｔｅｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒｍａｔｒｉｘａｎｄｒｏｄｕｃｔｉｏｎｈｄｒｏｅｌ ｙｐｙｇ：］ｃｅｌｌｄｉｖｉｓｉｏｎＩｍｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｃａｒｔｉｌａｅｔｉｓｓｕｅｒｅａｉｒ［Ｊ．Ｐｒｏｃ． ｐｇｐ（）：２００２，９９１５９９９６～１０００１．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，
［］２０ｈｕｕａｎＺｈａｎ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｆｎｏｖｅｌｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓｈｒｏｕｈ Ｓ ｏ ｔｇｇｇｇ
［］，：ｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌＪ．Ｎａｔ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．２００３，２１（１０）ｍｏｌｅｃｕｌａｒ －ｙ１１７１～１１７８．
［］２１ｏｒｉｉＡ，ＷａｎＸ，ＧｅｌａｉｎＦ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏｌｏｉｃａｌｄｅｓｉｎｅｒｓｅｌｆ Ｈ －ｇｇｇ
ｅｔｉｄｅａｓｓｅｍｂｌｉｎａｎｏｆｉｂｅｒｃａｆｆｏｌｄｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌｎｈａｎｃｅ ｎ ｓ ｓｐｐｇｇｙ ｅ，ｄｏｓｔｅｏｂｌａｓｔｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎａｎｄ３ｍｉｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ －Ｄ ｇｐ：ｅ：１／ＯＮＥ，２００７，２（２）１９０．ｄｏｉ０．１３７１ｏｕｒｎａｌ．ｏｎｅ．ＰＬｏＳ ｊｐ００００１９０．
［］２２ｉｓａｗａＨ，Ｋｏｂａａｓｈｉｏｔｏｕｔｉｅｒｒｅｚｔｌ． Ｍ Ｎ，Ｓ－Ｇ Ａ，ｅ ａｙ
ＴＭ
ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｓｂｏｎｅｒｅｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎｂｏｎｅｄｅｆｅｃｔｓｏｆＰｕｒａＭａｔｒｉｘ ｇ
［１］ａｎｃｅｄｄａＲ，Ｇｉａｎｎｏｎｉａｓｔｒｏｉａｃｏｍｏｉｓｓｕｅ Ｃ Ｐ，Ｍ Ｍ．Ａ ｔｇ
ｅｎｉｎｅｅｒｉｎａｒｏａｃｈｔｏｂｏｎｅｒｅａｉｒｉｎｌａｒｅａｎｉｍａｌｍｏｄｅｌｓａｎｄｉｎ ｇｇｐｐｐｇ ］，（）：ｒａｃｔｉｃｅ［Ｊ．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ２００７，２８２９４２４０～４２５０．ｃｌｉｎｉｃａｌ ｐ
［２］ａｕｓａＦ，ＮｅｔｔｉＰＡ，ＡｍｂｒｏｓｉｏＬ．Ａ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｃａｆｆｏｌｄｆｏｒ Ｃ －
：］ｔｉｓｓｕｅｒｅｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｈｅｎｅｅｄｔｏｅｎｉｎｅｅｒａｔｉｓｓｕｅａｎａｌｏｕｅ［Ｊ． ｇｇｇ，（）：Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ２００７，２８３４５０９３～５０９９．
［３］ａｔｔａＮ，Ｐｈａｍ ＱＰ，Ｓｈａｒｍａｔｌ．Ｉｎｉｔｒｏｅｎｅｒａｔｅｄ Ｄ Ｕ，ｅ ａ ｖ ｇ
ｍａｔｒｉｘａｎｄｆｌｕｉｄｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｓｎｅｒｉｓｔｉｃａｌｌｅｎｈａｎｃｅｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ ｙｇｙ ３Ｄｏｓｔｅｏｂｌａｓｔｉｃｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ． （）：２００６，１０３８２４８８～２４９３．ＵＳＡ，
［４］ｋｅｄａＫ，ＡｎＨＳ，Ｏｋｕｍａｔｌ．Ｐｌａｔｅｌｅｔｒｉｃｈｌａｓｍａ Ａ Ｍ，ｅ ａ－ ｐ
ａｒｔｉｃｕｌａｒｃｈｏｎｄｒｏｃｔｅａｎｄｍａｔｒｉｘｏｒｃｉｎｅｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎｓｔｉｍｕｌａｔｅｓ ｙｐｐ］，：ｂｉｏｓｎｔｈｅｓｉｓ［Ｊ．Ｏｓｔｅｏａｒｔｈｒ．Ｃａｒｔｉｌ．２００６，１４（１２）１２７２～ｙ１２８０．
［５］ｅｔｅｒＸ Ｍａ．ＢｉｏｍｉｍｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｔｉｓｓｕｅｅｎｉｎｅｅｒｉｎＪ］． Ｐ ｇｇ［
，（）：Ａｄｖ．ＤｒｕＤｅｌｉｖｅｒＲｅｖ．２００８，６０２１８４～１９８．ｇｙ
［６］ｈａｎＳ，ＨｏｌｍｅｓＴ，ＬｏｃｋｓｈｉｎＣ，ｅｔａｌ．Ｓｏｎｔａｎｅｏｕｓａｓｓｅｍｂｌ Ｚ ｇｐｙ
ｏｆｅｌｆｃｏｍｌｅｍｅｎｔａｒｌｉｏｅｔｉｄｅｏｏｒｍｔａｂｌｅ ａ ｓ－ ｔ ｆ ａ ｓｐｙｇｐｐ ｏ［］ｍａｃｒｏｓｃｏｉｃｍｅｍｂｒａｎｅＪ．Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，１９９３， ｐ（）：９０８３３３４～３３３８．
［７］ｏｌｍｅｓＴＣ，ｄｅＬａｃａｌｌｅＳ，ＳｕＸ，ｅｔａｌ．Ｅｘｔｅｎｓｉｖｅｎｅｕｒｉｔｅ Ｈ
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（下转第３１１页）
第３０卷第２期陈开花，等．基于含二硫键的小分子单体合成新型转基因载体的研究进展·３１１ ·
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檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿
：／５９４～５９６．ｄｏｉ１０．１００７ｓ１１５９６００６０５３０７．－－－（上接第３２８页）
［］３０ｓｓｅｌｉｎａｔｔｉａｃｅＶＭ，ＳａｈｎｉｉｅｃｅＬ，ｅｔｌ．Ｓｅｌｆ Ｔ－Ｍ Ｖ，Ｎ Ｋ ａ－ｙｇ
ａｓｓｅｍｂｌｉｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｉｎｈｉｂｉｔｌｉａｌｓｃａｒｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｒｏｍｏｔｅ ｇｇｐ ［］，ｅｌｏｎａｔｉｏｎａｆｔｅｒｓｉｎａｌｃｏｒｄｉｎｕｒＪ．Ｊ．Ｎｅｕｒｏｓｃｉ．２００８，ａｘｏｎ ｇｐｊｙ（）：２８１４３８１４～３８２３．
［］自组装Ｉ３１ＫＶＡＶ多肽 邹枕玮，郑启新，吴永超，吴斌，宋玉林．
］纳米支架及其对背根神经节神经元细胞的作用［Ｊ．中国脊柱脊（）：髓杂志，２００７，１７６４５０～４５３．
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