细胞生物膜所含的蛋白称为膜蛋白，其承担了大多数生物膜的功能，包括细胞与外界进行物质运输、信息传递、能量交换等发挥着重要作用。在人体蛋白中，有大约30%是膜蛋白，FDA批准的新药中，大多数都以膜蛋白为靶点。随着对膜蛋白生物作用机理的深入研究，新的细胞调控作用靶点被不断发现，从而使选择性作用于靶点的新药能更有针对性的开发。例如现在市面上有不少基于细胞转运通道蛋白设计的药物，最常见一类抗高血压药，其主要功能是作为钙离子通道阻滞剂，选择性地同钙离子通道结合以阻滞钙离子进入细胞，从而导致心肌收缩力减弱、心率减慢和血管扩张等以达到降压的作用。
 
要想针对膜蛋白为靶点并开发药物，首先要研究膜蛋白，但目前已被研究清楚其结构的膜蛋白仅占膜蛋白总量的1%。其原因是因为膜蛋白依附或横跨在细胞膜的磷脂双分子层上，使膜蛋白的提取和功能研究都有很大难度。因此能否找到提取未研究的膜蛋白，以及在提取后顺利保持其构象的方法是为进一步功能结构研究和新药开发的关键。
 
为了更深入地了解更多膜蛋白和挖掘更多的潜在药物靶点，一些科研人员需要对细胞中整体膜蛋白进行提取并建立膜蛋白文库，通过筛选总膜蛋白从中找到自己感兴趣的膜蛋白。因此，成功提取膜总蛋白和膜蛋白提取后保存对膜蛋白文库的建立非常重要。如果成功建立这种膜蛋白文库也为体外膜蛋白组的研究提供坚实的基础。
 

图1：膜蛋白文库建立示意图

现在，随着新技术不断更新，提取膜总蛋白和膜蛋白提取后的保存问题可以很好地解决。现有生物试剂产品的配合使用就可以轻松地解决这一问题：在总膜蛋白提取方面，有众多试剂盒可以成功有效地提取天然的总膜蛋白；而模拟细胞膜结构的纳米磷脂盘（Nanodiscs）可以解决分离出的膜蛋白在体外环境中稳定存在的问题，确保膜蛋白能够像在天然的细胞膜中维持其构象和生物学功能，使其很好地用于后续的功能研究。

Nanodiscs是由膜支架蛋白和磷脂分子构成的磷脂双分子层类膜结构。天然膜蛋白在自然条件下存在于磷脂双分子层中，脱离了磷脂双分子层的膜蛋白在水溶液环境下非常不稳定，极易发生聚合沉淀。通过模拟天然磷脂双分子结构能够有效地解决膜蛋白提取后在体外环境中稳定存在的问题，确保膜蛋白能够像在天然的细胞膜中维持其构象和生物学功能。通过这种特殊的结构，膜蛋白可以整合到Nanodiscs中，保持其生物学活性，为膜蛋白研究提供了充分有利的技术支持。

图2：膜蛋白组装到Nanodiscs的原理图。绿色：膜支架蛋白（MSPs）；灰色：磷脂；橙色：膜蛋白

由于纳米盘可以包裹分离开不同的膜蛋白，膜蛋白文库也为生物分子间相互作用和膜蛋白pull-down提供了研究平台。研究膜蛋白的科学家们已证实Nanodisc对膜蛋白研究有重大作用。
 
参考文献：
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)