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Engineering of LRP1-targeted peptide condensate with up-concentration regulatory effects in MASH

这项研究表明，一种经工程化设计使其能在细胞表面形成液-液相分离凝聚体的 LRP1 靶向阻断肽，显著增强了受体信号传导和治疗功效，有效缓解了代谢功能障碍相关脂肪肝炎（MASH）小鼠模型中的肝脏炎症、脂质功能障碍和纤维化。

原作者： Pengfei Pei, Jiahui Zhang, Xiaoxu Kang, Shilong Zhao, Long Chen, Peng Wei, Lihong Liu, Shi-Zhong Luo, Lili Gong, Zilong Li, Wei Jiang, Jiazhi Xie, Yafang Wu, Haixuan Cao, Yufeng Ding

发布于 2026-09-01

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CC BY 4.0

原作者： Pengfei Pei, Jiahui Zhang, Xiaoxu Kang, Shilong Zhao, Long Chen, Peng Wei, Lihong Liu, Shi-Zhong Luo, Lili Gong, Zilong Li, Wei Jiang, Jiazhi Xie, Yafang Wu, Haixuan Cao, Yufeng Ding

原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 ⚕️ 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。阅读完整免责声明

在活细胞的微观世界中，通信往往依赖于分子在广阔且拥挤的空间中寻找彼此。想象一个繁忙的城市，一名特定的信使需要向一扇特定的门递送便条，但街道上充满了交通，而且门很难被发现。几十年来，科学家们已经了解到，细胞利用一种被称为“液-液相分离”的自然过程来组织其内部化学反应。这是一种现象，即某些分子并不会像糖溶解在茶中那样均匀扩散，而是聚集在一起，形成清晰的、类似液体的液滴。这些液滴充当了专门的工作空间，将正确的工具和材料集中在一个点上，从而使反应发生得更快、更高效。虽然这一过程已知可以组织细胞内部，但研究人员最近开始好奇，它是否可以被工程化，使其发生在细胞外部——就在受体等待信号的表面处。这个问题对于治疗代谢功能障碍相关脂肪肝炎（一种由炎症和脂肪堆积驱动的严重肝脏疾病）尤为紧迫，因为目前的治疗方法往往难以将足够的治疗信号传递到正确的位置。

来自北京化工大学及合作机构的研究团队采取了大胆的一步来回答这个问题，他们设计了一种新型肽，即一种作为蛋白质构建模块的短氨基酸链。他们的目标是创造一种分子，该分子不仅能靶向细胞表面的特定受体，还能在那里聚集形成液滴，从而有效地在需要的地方创造一个浓缩的药物池。他们专注于一种名为 LRP1 的受体，这种受体存在于肝细胞和免疫细胞上，在管理炎症和脂肪代谢中起着至关重要的作用。团队从一种名为 Clusterin 的天然蛋白质的小片段开始，已知该蛋白质能与 LRP1 相互作用并缓解炎症。然而，他们知道，一个单一、漂浮的蛋白质片段可能会在发挥作用之前就随之漂走或被身体分解。为了解决这个问题，他们将治疗性部分连接到第二个经过特殊设计的模块上，该模块能鼓励分子粘附在一起并形成液体凝聚物。

由此产生的分子被研究人员命名为 FHCpep，它是通过精心平衡亲水部分和疏水部分来设计的。疏水部分旨在将分子拉拢在一起，而亲水治疗部分则确保集群保持稳定和功能。当研究人员在实验室环境下测试这种新设计时，他们观察到了令人惊奇的现象。FHCpep 分子并没有单独漂浮，而是自发地聚集成了微小的球形液滴。这些液滴表现得像液体一样，能够相互融合和流动，但仍与周围的流体保持界限。至关重要的是，当这些液滴被引入细胞时，它们并不只是漫无目的地漂浮；它们专门寻找细胞表面的 LRP1 受体，并在那里形成一个稳定的集群。这创造了一个局部环境，使治疗信号高度浓缩，有效地将一个微弱、分散的低语变成了针对受体的响亮、清晰的呐喊。

当团队在细胞和活体小鼠中测试这些分子时，这种方法的威力显露无疑。在装载了脂肪的肝细胞培养皿中，单体的、不聚集版本的肽减少了一些脂肪，但聚集版本的肽在清除脂质堆积方面效果要好得多。同样，在被触发进入炎症状态的免疫细胞中，聚集版本比单体版本更强烈地沉默了负责炎症的基因。研究人员发现，这些液滴充当了盾牌，保护治疗性分子免受血液中酶的分解。虽然单个分子会在几分钟内被破坏，但聚集版本可以存活数小时，保持其存在时间足以完成工作。这种增加的稳定性和局部浓度意味着该疗法可以在较低剂量下实现更强的效果。

为了观察这一策略在生物体内的效果，研究人员在诱导了模拟人类代谢功能障碍相关脂肪肝炎症状的患病小鼠身上进行了实验。他们使用单体肽或聚集肽对患病小鼠进行治疗。接受聚集版本治疗的小鼠表现出显著改善：它们的肝脏肿胀减轻，含脂肪量显著降低，并且表现出的疤痕形成和炎症迹象也远少于对照组。该治疗还有助于小鼠更有效地管理血糖和胆固醇水平。当研究人员观察细胞内的遗传活动时，他们发现聚集肽特别擅长关闭被称为 NF-κB 的特定通路，这是炎症的主开关。通过将治疗信号集中在受体处，这些液滴能够比单体分子更彻底地关闭这个炎症开关。

这项研究表明，通过工程化使分子在细胞表面形成这些液体凝聚物，科学家可以在不需要增加剂量的情况下放大生物信号的力量。这种方法提供了一种全新的思考药物设计的方式，超越了简单的“一对一”相互作用，转而创造出能够利用细胞自身组织原则的动态、自组装系统。尽管研究人员承认，仍需更多工作来确保这些凝聚物在身体不同部位保持稳定，并充分了解其长期安全性，但其结果提供了一个引人注目的概念验证。他们已经证明，一种经过精心平衡的肽可以从简单的分子转化为强大的、局部的疗法，为治疗复杂的疾病（如肝脏炎症和代谢紊乱）提供了一条充满希望的新途径。

技术摘要：针对 MASH 中具有上浓度调节效应的 LRP1 靶向肽凝聚体的工程化研究

问题陈述
代谢功能障碍相关脂肪肝炎（MASH）涉及复杂的病理过程，包括肝脏脂质积累、炎症和纤维化。低密度脂蛋白受体相关蛋白 1（LRP1）是调节脂质代谢和炎症信号传导（特别是 NF-κB 通路）的关键跨膜受体。然而，使用小分子模拟肽靶向 LRP1 的治疗策略面临显著局限。经典的游离肽通常以“一对一”结合模式以单体形式存在，无法在细胞表面的受体微环境中维持足够的有效浓度。这限制了受体介导的信号传导能力和治疗功效。此外，虽然液-液相分离（LLPS）已知可以组织生物分子并放大内源性系统的信号传导，但将其作为一种化学策略来设计用于治疗性上浓度的受体靶向肽凝聚体，在很大程度上仍有待探索。

方法论
本研究采用了一种理性设计策略，旨在创造一种能够在生理条件下形成动态凝聚体并保留 LRP1 靶向能力的嵌段肽。

肽的设计与筛选：
- 靶点识别： 通过对 Clusterin (CLU)（一种内源性 LRP 配体）与 LRP2（具有已知结构）进行分子对接，识别出了特定的结合区域。三种候选肽（CLUp1、CLUp2、CLUp3）分别衍生自 CLU 的残基 74–101、116–127 和 268–275。
- LRP1 特异性： 在候选肽中，CLUp3（残基 268–275）被选中，因为它结合的是 LRP1 的配体结合区（而 CLUp1/2 结合的是顶端区域/canopy region），并且尽管其对 LRP2 的计算结合自由能低于 CLUp1/2，但在 RAW264.7 细胞中表现出更优异的抗炎活性。
- 凝聚模块： 通过修饰组氨酸富集喙部肽（HBpep）构建了一个疏水性相分离模块。引入了亮氨酸残基以增强疏水性，并添加了 N 端 Fmoc 基团以提供 $\pi$ - $\pi$ 堆叠相互作用，从而创建了 FHpep。
- 嵌段肽合成： 将亲水性的 CLUp3 (CLUpep) 融合至 FHpep 的 C 端，以创建两亲性嵌段肽 FHCpep (Fmoc-HBpep-CLUp3)。该设计旨在平衡 FHpep 过高的疏水性与 CLUp3 的亲水性，以实现自发的 LLPS。
体外特征表征：
- 相行为： 通过显微镜观察、浊度测量和 1,6-己二醇 (1,6-HD) 破坏实验评估了肽的形态，以确认其液态特性。利用荧光恢复即褪色技术 (FRAP) 验证了动态分子交换。
- 稳定性与安全性： 在人血清中测试了血清稳定性，并在 HepG2 和 RAW264.7 细胞中评估了细胞毒性。
- 细胞相互作用： 使用共聚焦显微镜和 Pearson 相关性分析验证了 LRP1 的靶向性以及细胞表面原位凝聚体的形成。
生物学评价：
- 体外模型： 使用油酸 (OA) 诱导的 HepG2 细胞脂质积累和 LPS 诱导的 RAW264.7 巨噬细胞炎症，来比较 FHCpep（在凝聚形成浓度下，30 µM）与非凝聚对照组 (10 µM) 以及单体 CLUpep 的功效。
- 体内模型： 建立了胆碱缺乏高脂饮食 (CDHFD) 诱导的 MASH 小鼠模型。对接受 PBS、单体 CLUpep 或不同剂量（非凝聚剂量 10 µM 和凝聚剂量 60 µM）FHCpep 处理的小鼠进行治疗。
- 分子分析： 进行转录组学分析 (RNA-seq)、基因集富集分析 (GSEA)、KEGG 通路分析、蛋白质印迹法 (Western blotting) 和 qPCR，以阐明其作用机制，特别侧重于 NF-κB 信号通路和炎症基因网络。

关键结果

凝聚体形成与特性： FHCpep 在生理条件下约 30 µM 时可自发形成液态凝聚体，而在低于此浓度（如 10 µM）时则保持分散状态。这些凝聚体表现出液态动力学特征（融合、变圆以及 FRAP 恢复），并对疏水性破坏（1,6-HD）和静电变化（NaCl）敏感。凝聚体具有主要的疏水性内部结构，能够招募疏水性染料。
增强的稳定性： 凝聚体的形成显著提高了血清稳定性。虽然均相 FHCpep 在血清中的半衰期约为 3 分钟，但凝聚体形式将半衰期延长至约 2 小时，这可能是由于切割位点的溶剂可及性降低所致。
LRP1 靶向与局部富集： FHCpep 凝聚体在细胞表面显示出与 LRP1 的强共定位，形成了受体邻近的微环境。与单体 CLUpep 相比，这导致了活性 CLUpep 基序的局部浓度和停留时间的增加。
体外功效：
- 抗脂肪变性： 在 OA 处理的 HepG2 细胞中，FHCpep 凝聚体 (30 µM) 比相同浓度的单体 CLUpep 更有效地减少了胞内甘油三酯水平和脂滴积累。
- 抗炎作用： 在 LPS 刺激的 RAW264.7 细胞中，FHCpep 凝聚体比单体对照组更显著地抑制了促炎基因（iNOS, TNF-α, IL-1β, IL-18）的表达。
体内治疗功效： 在 CDHFD 诱导的 MASH 小鼠模型中，凝聚形成剂量的 FHCpep (60 µM) 展现出优于单体 CLUpep (60 µM) 和非凝聚对照组的治疗效果。
- 代谢改善： FHCpep 凝聚体显著降低了体重增加和脂肪质量，并改善了葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。
- 肝脏保护： 治疗导致肝脏重量/体重比降低，改善了肝脏组织学表现（较少的脂肪变性和炎症），并降低了血清 ALT/AST 水平。
- 抗纤维化： FHCpep 凝聚体显著减少了胶原沉积以及纤维化相关基因（TGF-β, Col5a1, Col5a3）的表达。
作用机制： 转录组学和分子分析表明，FHCpep 凝聚体更有效地抑制了 NF-κB 信号通路。这通过 p65 和 IκBα 磷酸化水平的降低以及 NF-κB 依赖性炎症基因（如 Il1r1, Tnfsf14, Edn1）的下调得到了证实。凝聚体介导的受体位点富集似乎放大了对这些通路的调节作用。

意义与主张
作者声称，这项工作确立了受体定向肽凝聚体形成作为一种在局部放大受体信号传导的新型化学策略。通过设计一种能够发生 LLPS 的嵌段肽，本研究证明了：

上浓度： 凝聚体可以创造一个受体邻近的微环境，使生物活性基序在局部富集，从而克服了单体肽的扩散和浓度限制。
增强功效： 这种空间组织转化为在治疗复杂代谢疾病（如 MASH）方面显著提高的治疗功效，特别是通过比亲本肽更有效地减轻炎症、脂质功能障碍和纤维化。
稳定性： 凝聚态本质上保护了肽免受快速蛋白水解降解，从而延长了其有效持续时间。

本文将该方法定位为一种设计用于调节大型膜受体系统（如 LRP1）的受体靶向系统的框架，这类系统难以直接靶向，该方法为治疗炎症和代谢相关疾病提供了一种低剂量且具有选择性的途径。作者承认存在一定的局限性，包括 LLPS 模块在不同序列间的可预测性问题，以及需要在多样化的病理微环境中进一步评估长期安全性与稳定性。

技术摘要：针对 MASH 中具有上浓度调节效应的 LRP1 靶向肽凝聚体的工程化研究

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