拓撲是鍊式大分子的重要結構屬性。變化拓撲結構也是調控大分子性質和功能的常用手段。近年來，具有環狀、打結和鍊環等非線性化學拓撲結構的蛋白質被陸續發現，其研究揭示了拓撲結構可能會給蛋白質帶來穩定化作用。這為工業酶、蛋白質藥物等研發改性提供了嶄新的思路。基于“組裝-反應”協同的思想，人們利用可基因編碼的蛋白質纏結基元和反應基元，已經實現了不同拓撲蛋白質的高效生物合成，并意識到這些基元對于發展蛋白質拓撲工程至關重要。目前，盡管可基因編碼的蛋白質偶聯工具已經獲得了極大的豐富與發展，高效可控的蛋白質纏結基元卻相對缺乏，大大限制了複雜拓撲結構的合成。最近，張文彬課題組對經典的p53dim蛋白質同質纏結基元進行工程化，發展了高效特異的蛋白質異質纏結二聚體，實現了包括蛋白質高階索烴的生物合成，并初步探索了其在人工抗體領域的應用。

p53dim是源于腫瘤抑制蛋白p53的一個同質二聚纏結基元。在該工作中，研究者在其二聚界面通過突變引入帶電殘基，利用靜電作用“同類相斥、異類相吸”的特點，使同質二聚體變得不穩定，得到一對異質二聚的p53dim纏結基元:X+（T5R/Q7R）和X-（T5E/Q7E）（其中T為蘇氨酸，Q為谷氨酰胺，R為精氨酸，E為谷氨酸）。該基元可在細胞内選擇性誘導兩條不同蛋白質鍊纏結組裝，結合彼此正交的分離型内含肽介導的偶聯關環反應，就可制備含有不同目标蛋白的蛋白質異質索烴。而通過分别表達含有2個或3個串聯X-基元的大環蛋白骨架和與之纏結組裝的含有1個X+基元的小環蛋白基元，結合彼此嚴格正交的分離型内含肽主鍊偶聯反應和諜标簽-諜捕手側鍊偶聯反應，即可進一步在細胞内原位實現蛋白質[3]索烴和[4]索烴的高效合成。該體系還容許通過基因編碼在小環内插入多種不同結構的目标蛋白質（如人表皮生長因子受體2的親和體AffiHER2和超折疊綠色熒光蛋白sfGFP），為構建兼具多價性和穩定性的功能蛋白質提供了優良的結構骨架。此類含有AffiHER2的高階蛋白質索烴可被看成是多價的人工抗體類似物，因此命名為[n]索烴抗體（如[3]catbody和[4]catbody）。[n]索烴抗體展示了比野生型AffiHER2更高的親和力和穩定性。例如，[4]索烴抗體的親和力提升了約8倍，而其在小鼠體内的半衰期也從前體的~0.5小時延長到了~5.1小時，并可在腫瘤處實現富集。該工作使複雜高階索烴的生物合成成為可能，并揭示其在蛋白質藥物開發中富具前景。

該研究近期在線發表于Journal of the American Chemical Society。beat365官方网站博士後吳文豪為該論文第一作者。beat365beat365張文彬教授和中國科學院過程工程研究所魏炜研究員為論文共同通訊作者。該工作得到了北京分子科學國家研究中心，科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金、beat365臨床醫學+X青年專項、生化工程國家重點實驗室開放基金以及中國博士後科學基金的資助。

原文鍊接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06169