細(xì)胞生物膜所含的蛋白稱為膜蛋白，其承擔(dān)了大多數(shù)生物膜的功能，包括細(xì)胞與外界進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞、能量交換等發(fā)揮著重要作用。在人體蛋白中，有大約30%是膜蛋白，FDA批準(zhǔn)的新藥中，大多數(shù)都以膜蛋白為靶點(diǎn)。隨著對(duì)膜蛋白生物作用機(jī)理的深入研究，新的細(xì)胞調(diào)控作用靶點(diǎn)被不斷發(fā)現(xiàn)，從而使選擇性作用于靶點(diǎn)的新藥能更有針對(duì)性的開發(fā)。例如現(xiàn)在市面上有不少基于細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)通道蛋白設(shè)計(jì)的藥物，最常見一類抗高血壓藥，其主要功能是作為鈣離子通道阻滯劑，選擇性地同鈣離子通道結(jié)合以阻滯鈣離子進(jìn)入細(xì)胞，從而導(dǎo)致心肌收縮力減弱、心率減慢和血管擴(kuò)張等以達(dá)到降壓的作用。
 
要想針對(duì)膜蛋白為靶點(diǎn)并開發(fā)藥物，首先要研究膜蛋白，但目前已被研究清楚其結(jié)構(gòu)的膜蛋白僅占膜蛋白總量的1%。其原因是因?yàn)槟さ鞍滓栏交驒M跨在細(xì)胞膜的磷脂雙分子層上，使膜蛋白的提取和功能研究都有很大難度。因此能否找到提取未研究的膜蛋白，以及在提取后順利保持其構(gòu)象的方法是為進(jìn)一步功能結(jié)構(gòu)研究和新藥開發(fā)的關(guān)鍵。
 
為了更深入地了解更多膜蛋白和挖掘更多的潛在藥物靶點(diǎn)，一些科研人員需要對(duì)細(xì)胞中整體膜蛋白進(jìn)行提取并建立膜蛋白文庫，通過篩選總膜蛋白從中找到自己感興趣的膜蛋白。因此，成功提取膜總蛋白和膜蛋白提取后保存對(duì)膜蛋白文庫的建立非常重要。如果成功建立這種膜蛋白文庫也為體外膜蛋白組的研究提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖1：膜蛋白文庫建立示意圖

現(xiàn)在，隨著新技術(shù)不斷更新，提取膜總蛋白和膜蛋白提取后的保存問題可以很好地解決?，F(xiàn)有生物試劑產(chǎn)品的配合使用就可以輕松地解決這一問題：在總膜蛋白提取方面，有眾多試劑盒可以成功有效地提取天然的總膜蛋白；而模擬細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的納米磷脂盤（Nanodiscs）可以解決分離出的膜蛋白在體外環(huán)境中穩(wěn)定存在的問題，確保膜蛋白能夠像在天然的細(xì)胞膜中維持其構(gòu)象和生物學(xué)功能，使其很好地用于后續(xù)的功能研究。

Nanodiscs是由膜支架蛋白和磷脂分子構(gòu)成的磷脂雙分子層類膜結(jié)構(gòu)。天然膜蛋白在自然條件下存在于磷脂雙分子層中，脫離了磷脂雙分子層的膜蛋白在水溶液環(huán)境下非常不穩(wěn)定，極易發(fā)生聚合沉淀。通過模擬天然磷脂雙分子結(jié)構(gòu)能夠有效地解決膜蛋白提取后在體外環(huán)境中穩(wěn)定存在的問題，確保膜蛋白能夠像在天然的細(xì)胞膜中維持其構(gòu)象和生物學(xué)功能。通過這種特殊的結(jié)構(gòu)，膜蛋白可以整合到Nanodiscs中，保持其生物學(xué)活性，為膜蛋白研究提供了充分有利的技術(shù)支持。

圖2：膜蛋白組裝到Nanodiscs的原理圖。綠色：膜支架蛋白（MSPs）；灰色：磷脂；橙色：膜蛋白

由于納米盤可以包裹分離開不同的膜蛋白，膜蛋白文庫也為生物分子間相互作用和膜蛋白pull-down提供了研究平臺(tái)。研究膜蛋白的科學(xué)家們已證實(shí)Nanodisc對(duì)膜蛋白研究有重大作用。
 

參考文獻(xiàn)：
1. Almén, M. et al., Mapping the human membrane proteome: A majority of the human membrane proteins can be classified according to function and evolutionary origin. BMC Biology. (2009).

2. Civjan, N.R. et al. Direct solubilization of heterologously expressed membrane proteins by incorporation into nanoscale lipid bilayers. BioTechniques (2003)

3. Marty M.T. et al., Nanodisc-solubilized membrane protein library reflects the membrane proteome. Anal. Bioanal. Chem. (2013)