李全飞, 陈乾, 刘浩, 贺坤东, 潘亮, 雷鹏, 谷益安, 孙良, 李莎, 邱益彬, 王瑞, 徐虹

合成生物学 2025, 6 (4): 806-828. DOI:10.12211/2096-8280.2025-043

摘要（186）

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高黏性蛋白材料因其卓越的生物黏附性和潜在的生物相容性，在生物医用材料和黏合剂领域展现出巨大的应用潜力。然而，传统方式获取的高黏蛋白材料面临诸多挑战，如产量低、结构复杂、难以规模化生产等。合成生物学作为新兴的交叉学科，为解决这些瓶颈提供了创新策略。本综述系统总结了近年来高黏性蛋白材料的生物合成、改性及应用进展，重点突出了合成生物学在解决高黏性蛋白材料产量、可控性以及功能多样性等方面的优势。全面梳理了基因工程实现对贻贝黏蛋白、藤壶胶蛋白和扇贝足丝蛋白等黏附蛋白的精确设计和高效表达，从而克服高黏蛋白材料在产量和可控性方面的限制。同时，综述了这些蛋白材料在生物黏合剂和医用功能涂层方面的独特优势，如贻贝蛋白的湿面黏附性、藤壶胶蛋白的强黏附性以及类弹性蛋白的可调控性。通过合成生物学方法，可以突破高黏蛋白材料在产量、性能和功能方面的限制，加速其在组织工程、表界面改性等领域的应用。最后，总结了当前合成生物学在高黏蛋白材料领域的最新进展和创新点，并展望了其未来的发展方向，为开发高性能、多功能的高黏蛋白材料提供了新的思路和策略。

ELP被广泛用作再生医学、组织工程和药物递送的仿生材料，是开发纳米生物技术工具包的重要组成部分。例如，清华大学深圳国际研究生院弥胜利教授团队［119］设计并合成了一种基于基因工程化富含赖氨酸的类弹性蛋白多肽，并通过化学方法用甲基丙烯酸基团对赖氨酸位点进行共价修饰。通过实验和模拟相结合的方法验证了结构转变的预测。通过控制甲基丙烯酸酯化程度和ELP-MA浓度，可以调控水凝胶的物理性质，如机械强度、孔径和溶胀率。体内实验表明，ELP-MA水凝胶具有良好的生物相容，可作为光透射调节器和弹性黏合剂，在组织工程等生物医学领域具有潜在的应用价值［图5（a）］。

此外，刘凯团队［120］通过将ELP与其他分子复合，从而形成强内聚性交联分子网络，发展了一系列多功能的蛋白基黏合材料。例如，他们开发了一种由软骨素（CS）与带正电荷的类弹性蛋白（ELP₇₂）静电结合而成的新型蛋白黏合剂。在软骨缺损大鼠模型中，该蛋白黏合剂表现出良好的治疗效果，有望在软骨修复领域实现转化应用［121］［图5（b）］。该团队还通过基因工程，将精氨酸（R）或赖氨酸（K）编码到ELP中，生成高阳离子性蛋白质。通过静电作用，将这些蛋白质与鲑鱼精子DNA或十二烷基苯磺酸钠（SDBS）结合，形成基于凝聚层的胶黏剂，即R-DNA和R-SDBS。其中，R144-DNA胶黏剂在多种材料表面展现出卓越的黏附强度和能量，超越了现有蛋白质胶黏剂。此外，该胶黏剂还具备快速止血、促进组织再生、抑制炎症和抗菌等特性，使其在伤口修复和组织工程领域具有广阔的应用前景［122］［图5（c）］。另外，通过将超正电荷类弹性蛋白与表面活性剂分子进行静电络合，形成了复杂凝聚态胶水SUP-SDBS。SUP-SDBS在多种底材（玻璃、金属、PVC或PE）上的黏附性能与商用氰基丙烯酸酯胶相当，同时表现出促进止血和加速愈合的作用［123］［图5（d）］。