日前，北京大学跨学部生物医学工程系高卫平课题组在国际知名期刊《纳米快报》（Nano Letters）在线发表题为“Polymerization-induced coassembly of enzyme-polymer conjugates into comicelles with tunable and enhanced cascade activity”的论文，报道了一种聚合诱导共组装（PICA）方法，可控合成酶-高分子偶联物共胶束，不仅实现对其级联反应活性大幅度调控，而且发现邻近沟道效应是导致其级联反应活性大幅度提高的重要原因。高卫平研究员为本文的通讯作者，其清华大学硕士生江祺玮为第一作者。

酶复合物具有高效、特异的级联反应活性，在信号转导与放大以及代谢与催化途径中发挥重要的作用。受此启发，仿生构筑人造酶复合物已成为基础与应用研究前沿，但是可控合成人造酶复合物仍然难以实现。为此，高卫平课题组以常见的葡萄糖氧化酶(GOX)/辣根过氧化酶（HRP）级联反应对为例（图1），通过化学生物学在GOX和HRP上引入原子转移自由基聚合（ATRP）引发剂，然后，通过ATRP在GOX和HRP上同时原位生长不溶于水的聚合物PHPMA，原位高效地形成GOX/HRP-PHPMA偶联物共胶束。这种方法被命名为PICA方法。

图1、可控合成酶-高分子偶联物共胶束级联反应体系示意图。

研究结果表明，增加GOX/HRP的投料比可以提高共胶束中GOX/HRP的比例（图2a）。共胶束的级联反应活性随GOX/HRP比增加而大幅度提高，特别是在高GOX/HRP比条件下其活性是自由GOX/HRP混合物的数倍（图2b）。在高浓度底物竞争酶catalase存在的情况下共胶束仍然保持活性，而自由GOX/HRP混合物则不能（图2c）。这表明邻近沟道效应是导致其级联反应活性大幅度提高的重要原因。由于邻近沟道效应，共胶束对葡萄糖的检测速度比商用葡萄糖检测试剂盒更快（图3d）。这些新发现不仅为仿生构筑人造酶复合物级联反应体系提供新方法，而且有助于深入理解天然酶复合物级联反应体系和发现其潜在应用。

图2：（a）共胶束中GOX/HRP的比例随着它们的投料比增加而增加；（b）共胶束级联反应活性随GOX/HRP比增加而大幅度提高；（c）共胶束在高浓度底物竞争酶存在的情况下仍然保持活性；（d）共胶束对葡萄糖的检测速度比商用葡萄糖检测试剂盒更快。

高卫平研究员的研究方向是生物材料与生物偶联物，其研究重点是蛋白质-高分子偶联物的可控合成及生物医药应用，并取得了一系列创新性研究成果，作为第一或通讯作者在PNAS、JACS、Advanced Materials, Advanced Science,Nanoletters, Biomaterials, ACS Applied Materials and Interfaces, Theronostics, Journal of Controlled Release等国际知名期刊上发表论文40余篇，特别是多项研究成果被Nature、SciBX、Sci China Mater、Genetic Engineering & Biotechnology News等学术期刊以及新闻媒体作为亮点报道。申请国内外专利10项，已完成一项美国专利和一项国际专利向企业转化，并获得一项天使基金的资助。以上工作得到国家自然科学基金重点项目（21534006, 21274043）的资助。

论文链接如下：

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.9b04959

（北京大学生物医学工程系）