细胞穿膜肽传递机理及研究前景（一）
德克萨斯A&M大学（TAMU）Jean-Phillipe Pellois博士研究组的兴趣在于理解多肽如何溶解或者跨过生物膜，以及运用这方面的知识开发能够使蛋白渗透细胞的试剂。能够使蛋白渗透到细胞在医学或者细胞生物学上有很大潜在用途，这样做最有吸引力的方法包括把蛋白吸附到类似于细胞穿膜肽（CPP）这样的载体系统上。CPPs是一种携带大分子载体运输到细胞内的多肽，其原型例子包括一种来源于HIV的多肽TAT(GRKKRRQRRR)。CPP-蛋白偶合物分两步穿入细胞。首先，CPP-蛋白偶合物通过胞噬作用进入细胞，这些分子位于细胞内，但是被捕获在内涵体内 (Fig 1A)。然后这些分子从内涵体释放出来，CPP-蛋白偶合物逃离内涵体并进入细胞的胞质空间。
图 1 通过促进内涵体溶解传递大分子。A)目前传递工具，例如类似于TAT的CPPs，不能使大分子从内涵体释放出来。B)内涵体溶解肽E5-TAT促进内涵体的释放，可通过简单的共孵育操作步骤用于传递大分子。C）多价结构如三聚体TAT3同样可使内涵体释放来传递大分子。
关于内涵体释放蛋白的机制了解不多。而且，该过程效率非常低。这代表了一个主要瓶颈，因为蛋白未从内涵体成功逃离将不产生生物反应。为了提高效率并且使蛋白能容易地传递到细胞，Pellois实验室正研究几个促进内涵体释放策略。问题是要使内涵体的膜溶解而不引起其它细胞的膜破裂，因为这样会导致细胞死亡。
通过pH启动的内涵体溶解来传递
一种溶解内涵体而不溶解其它膜的方法包括采用依赖pH值的具有溶解作用的多肽。这是基于内涵体腔为酸性(pH 4.5-6.5)，这提供了细胞内特殊的化学环境。例如，多肽E5(GLFEAIAEFIENGWEGLIEGWYG)是流感HA2融合肽的类似物，该研究组考虑E5能否作为融合物促进重组蛋白的传递。他们检测到在酸性pH下E5质子化并结合到脂质双层。然后，形成孔结合处足够大可让大蛋白通过膜扩散[Ref 1]。为了研究这些多肽在细胞内的活动，该研究组采用荧光蛋白E5-TAT-mCherry作为模型，在该系统中，E5用于溶解内涵体，TAT用于蛋白内噬作用，mCherry提供荧光信号，以便在荧光显微镜下观测。
Pellois研究组发现，当E5-TAT-mCherry同活细胞孵育时，它能够溶解内涵体，但是即使在溶解发生后，E5使E5-TAT-mCherry仍然与内涵体相联。一种可能的解释是，E5仍然不可逆地结合到内涵体膜上，虽然E5导致了内涵体溶解，但阻止了蛋白释放。受这些结果鼓舞， Pellois研究组还显示能够通过与E5-TAT传递大分子，这适用于组织培养检测(Fig 1B) [Ref 2]。E5-TAT能够使细胞吸入其周围含大分子的培养基。因此，E5-TAT和共孵育的大分子能够共同聚集到内涵体。一旦内涵体酸化，E5-TAT导致了内涵体溶解，位于内涵体腔的大分子自由逃逸到细胞质空间并发挥其生物功能。
