氢键有机框架（hydrogen-bonded organic frameworks, HOFs）是由有机砌块通过分子间氢键作用形成的多孔材料。HOFs具有结构可调、制备条件温和、易于再生等特点，在非均相催化、气体分离、荧光传感等领域得到了广泛应用。近来，通过设计单体模块的自组装，HOFs在小分子药物递送中的应用受到关注。然而，HOFs与生物大分子，如蛋白质等的可控组装难度较大，限制了其生物医学应用。
图1：蛋白质和氢键有机框架(HOFs)的原位组装及细胞内生物催化 近期，中国科学院化学研究所汪铭课题组通过设计含有脒基和羧基的有机配体在蛋白质存在下的分子自组装，制备了原位包封蛋白质的氢键有机框架TA-HOFs，实现了蛋白质递送及细胞内酶催化反应调控。四（4-脒苯基）甲烷（TAM）、4，4’-偶氮苯二羧酸（AZB）与蛋白质残基之间的氢键相互作用可原位高效包封蛋白质于HOFs中（图1）。研究发现，这一方法可以包封表面电荷不同或者分子量不同的蛋白质，且对蛋白质的活性影响小，解决了长期以来框架材料包封蛋白质过程中受限于蛋白质物理化学性质的难题。 图2：(a) TA-HOFs递送GFP蛋白到HeLa细胞，有效从溶酶体逃逸；(b) TA-HOFs可递送带有不同表面电荷的GFP, (-30)GFP以及(+36)GFP蛋白。 细胞递送研究发现包封蛋白质的HOFs具有良好的生物相容性，能够高效递送带有不同表面电荷的绿色荧光蛋白（GFP）进入细胞，并且实现溶酶体逃逸（图2）。进一步研究表明，TA-HOFs递送蛋白质具有普适性，可递送不同种类的酶进入细胞实现酶催化反应。例如递送HRP酶可在细胞内催化Amplex Red氧化反应（图3）。尤为重要的是，包封过氧化氢酶(catalase)的CAT@TA-HOFs可实现神经细胞蛋白质递送，并在神经细胞内催化活性氧物质的降解，有效调控细胞在神经毒素刺激时的氧化应激水平，为基于细胞内酶催化反应的神经退行性疾病治疗提供了新方法（图4）。 图3. TA-HOFs递送辣根过氧化酶HRP实现细胞内Amplex Red催化氧化。 图4：基于CAT@TA-HOFs的神经细胞（SY-SY5Y）蛋白质递送及氧化应激态调控。CAT@TA-HOFs递送可有效缓解SY-SY5Y细胞在神经毒素（6-OHDA）刺激下的氧化应激水平，并降低细胞氧化损伤。 上述研究提出了基于氢键框架材料和蛋白质可控组装的生物大分子细胞递送及酶催化反应新策略，为发展神经细胞命运调控以及退行性疾病治疗新方法奠定了基础。 论文信息： In-Situ Encapsulation of Protein into Nanoscale Hydrogen-Bonded Organic Frameworks for Intracellular Biocatalysis Ming Wang, Jiakang Tang, Ji Liu, Qizhen Zheng, Wenting Li, Jinhan Sheng, Lanqun Mao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202105634
