2023年5月22日，美国布兰迪斯徐兵研究团队与弗吉尼亚大学Edward H. Egelman、王冯斌合作在Nature Nanotechnology期刊上发表了一篇题为“Cell spheroid creation by transcytotic intercellular gelation”的研究成果。

该研究利用低温电子显微镜确定了酶响应的D-肽和荧光成像自组装的螺旋纳米纤维的原子结构。这一研究表明，D-肽的转胞吞作用可以诱导细胞间形成纳米纤维/凝胶，这些纳米纤维/凝胶可能与纤连蛋白相互作用，从而诱导细胞球体的形成。论文通讯作者是徐兵、王冯斌、Edward H. Egelman；第一作者是过嘉琪。

细胞球体填补了体外系统和体内动物模型之间的断层，相比二维细胞层，它能更好地模拟人体器官的体内微环境模型。然而，目前用于生成细胞球的方法存在一些问题，例如悬滴法和不粘培养皿等方法较为繁琐、耗时、昂贵且控制不佳。此外，这些方法无法模拟细胞外基质（ECM）生成的特征，即受调控的前体分泌和后续自组装形成细胞间的连接。此外，ECM蛋白质具有多种翻译后修饰，在细胞黏附和迁移等过程中起着重要作用，其中磷酸化是其中高频发生的一种修饰方式。但迄今为止，合成材料难以模拟ECM蛋白质的动态合成和短暂磷酸化。通过非共价相互作用形成的肽组装物具有动态和灵活的组装特性，已被证明能够形成水凝胶基质以模拟细胞培养和组织工程中的ECM。然而，大多数水凝胶是在细胞之外预先制备并用于支持或包裹细胞，这与细胞包围原位生成的ECM存在差异。研究组之前已经证明了酶响应的D-磷酸肽组装物可以诱导HS-5细胞球体的形成，但其详细机制仍不清楚。此外，尽管肽纳米纤维具有多种功能，但其原子结构大部分尚未被揭示。

在这项研究中，课题组报告了酶响应的D-磷酸肽通过转胞吞作用（即内吞和外吐）形成细胞间的D肽纳米纤维，作为水凝胶基质来促进细胞球体的形成。这些D-磷酸肽具有抗蛋白酶特性，在内质网转运过程中经历内吞作用和部分脱磷酸化，形成纳米纤维，并在外分泌时成为细胞间的水凝胶基质。利用低温电子显微镜（cryo-EM），研究组确定了导致细胞间凝胶形成的D肽纳米纤维的原子结构。在分泌小囊泡中，肽纳米纤维与纤连蛋白可能发生相互作用，从而促进细胞球体的形成。最小化内吞作用、阻断外吐作用、去除磷酸触发或消除肽组装体从纳米颗粒向纳米纤维的转变都会阻止细胞球体的形成。

图1. 自组装的D肽纳米纤维形成细胞间水凝胶。

图2：NBD–ffsy和BP–ffsy在体外自组装成交叉β-丝状体。

图3：贴壁和悬浮的HS-5细胞形成的细胞球体由与纤连蛋白共定位的细胞间水凝胶组成。

图4：内吞作用和胞吐作用对于细胞球体的形成至关重要。

图5：细胞内的脱磷酸化对于细胞球体的形成至关重要。

图6：D-肽纳米纤维促进纤连蛋白的纤维生成。

通过使用抗蛋白酶特性和酶响应的肽来模拟细胞外基质（ECM）的生成，通过形成螺旋状纳米纤维作为细胞间凝胶/基质来进行ECM重塑，这项研究展示了结合转胞吞作用和肽组装体的酶促形态转变的多功能方法，具有在再生医学和组织工程领域应用的潜力。（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-023-01401-7