蛋白质是生物体内承担支撑、信号传导、物质和能量代谢的一类重要生物大分子。在自然界中，生物体通过机体合成刺激响应性蛋白以不断适应环境变化，如光、热、力、电场和地磁场等。蛋白质的氨基酸序列及独特的空间结构赋予其独特的功能与特性，如细胞中有支撑作用的中间丝蛋白，携氧的血红蛋白，调节血糖稳态的胰岛素和胰高血糖素等等。蛋白质的机械性能、生物安全性及独特的刺激响应性使得蛋白基材料逐步成为材料科学研究的重要领域。

目前蛋白基材料已被广泛用于疾病的筛查、疾病的新型治疗方法(光遗传学、电遗传学等)、药物负载、高强高韧蛋白纤维、生物胶水、生物传感及再生医学等领域。与有机或无机小分子嫁接至蛋白质上获得响应性蛋白不同，通过模拟天然响应性蛋白结构域，结合基因工程以及蛋白质工程等手段可成功制备出人工刺激响应性蛋白。该合成途径无化学污染、产量大且纯度高、能源消耗低、生物应用安全性好(无体内蓄积和代谢紊乱)。

因此，随着科学家们对蛋白质不断的研究和探索，理性设计模块化、多级响应性蛋白基材料日益成为人们追求和研究的热点。

通过对蛋白质结构的合理设计、融合表达具有不同功能结构域的蛋白，可以实现对蛋白基材料的响应因素、响应强度和响应方式的灵活调控。因此，剖析及深入探究天然刺激响应性蛋白是此研究领域的重大挑战。通过对天然刺激响应性蛋白功能结构域的模仿或衍生，科学家已从中获得诸多启示并取得丰厚的研究成果。

本期为大家介绍由清华大学化学系刘凯教授发表的关于天然刺激响应性蛋白及其应用研究进展。在这篇综述中，作者重点关注自然界天然存在的具有对热、光、力、电和磁因素刺激响应性的蛋白质，及其响应的结构域、响应机制、潜在的应用价值及应用方向，为模块化蛋白基“智慧”材料的开发及应用提供重要参考，也为机器学习的数据库建立提供良好素材。

论文信息：

Stimuli-Responsive Natural Proteins and Their Applications

Na Du,Fangfu Ye,Jing Sun,Kai Liu

ChemBioChem

DOI: 10.1002/cbic.202100416