《Biosensors and Bioelectronics》：Designed Peptides as Affinity Ligands for Extracellular-Vesicle-based Cancer Diagnosis
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外泌体蛋白标志物检测中短肽替代抗体的设计与应用，结合PepBD算法和分子模拟筛选出与EpCAM高亲和力肽，通过荧光ELISA和单EV成像验证其性能，为癌症诊断提供新工具。
Sudeep Sarma | Jin-Ho Park | Young Kwan Cho | Arpan Tapdiya | Hyun-Kyung Woo | Hakho Lee | Carol K. Hall
北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程系，美国罗利市，NC 27606
摘要
通过分析循环细胞外囊泡（EVs）上的肿瘤生物标志物来进行癌症诊断的检测方法显示出巨大潜力。能够测量EVs中蛋白质生物标志物丰度的单EV成像技术有助于检测疾病的存在、分期和进展。通常使用抗体来检测EV蛋白。然而，控制基于抗体的免疫检测的质量可能具有挑战性，因为它们可能会与非目标蛋白发生意外的交叉反应，或者即使对于单克隆抗体，在不同批次之间也存在结合亲和力的差异。在这里，我们报告了一种替代抗体的短肽，用于检测EVs中的蛋白质生物标志物。我们描述了一种结合了PepTide Binding Design（PepBD）算法和分子级模拟的流程，以识别能够识别EpCAM（一种已知的癌症生物标志物）细胞外结构的肽。这些为EpCAM设计的肽被标记了荧光染料，并通过荧光ELISA评估了它们与目标蛋白的结合能力。结果发现，一种计算设计的肽对目标EpCAM蛋白的亲和力与抗体相当。进一步的测试包括单EV成像，以评估该肽对EVs的亲和力。
章节摘录
引言
癌症仍然是一个全球性的健康危机，占全球死亡人数的六分之一（“Cancer”，无日期）。根据癌症从原发器官的扩散情况，该疾病被分为不同阶段（I-IV期），大约50%的病例在晚期（II-IV期）被诊断出来（“Cancer Statistics Review, 1975-2014 - SEER Statistics”，无日期；Siegel等人，2022年）。晚期癌症的治疗选择往往有限，导致生存率较低。虽然I期癌症的五年生存率为70-90%，
计算肽设计
PepTide Binding Design（PepBD）算法（Xiao等人，2014, 2016, 2015, 2017）是一种基于蒙特卡洛的方法，可以在给定肽序列中固定氨基酸数量的情况下，探索肽的构象和序列空间。通过迭代过程，它能够识别出与先前确定的“参考肽”相比具有更高亲和力的优化肽序列。
与目标蛋白EpCAM结合的参考肽的结构
我们用于寻找与EpCAM结合的肽的参考肽选为EP-1（序列：YEVHTYYLD）和EP-2（序列：VSVHTYDLE）。Wang等人（Wang等人，2015年）发现这两种肽能够通过双功能微阵列构建与EpCAM强烈结合。图1A显示了对应于PDB ID: 4MZV的EpCAM的晶体结构（Pav?i?等人，2014年）。我们通过进行短暂的5纳秒分子动力学模拟对该结构进行了优化。
结论与未来工作
基于肽的生物传感器可能为检测来自癌细胞的EVs提供一种有前景的方法，从而在疾病诊断中具有潜在的应用价值。本研究结合了计算和实验方法来设计与EpCAM结合的肽配体，EpCAM是一种在癌细胞中过表达的蛋白质。通过使用PepBD算法以及对接模拟、显式溶剂分子动力学和MM/GBSA计算等计算技术，我们识别出了多种
CRediT作者贡献声明
：撰写——原始草稿，正式分析，数据管理。
Jin-Ho Park：撰写——原始草稿，正式分析，数据管理。
Hyun-Kyung Woo：数据管理。
Hakho Lee：撰写——审稿与编辑，项目管理，资金获取，概念构思。
Young Kwan Cho：撰写——审稿与编辑，正式分析。
Arpan Tapdiya：撰写——审稿与编辑，撰写——原始草稿，正式分析。
Carol K. Hall：撰写——审稿与编辑，项目管理，资金获取。
未引用的参考文献
Cancer Statistics Review, ; Cancer, （无日期）。
数据可用性
数据将按请求提供。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家科学基金会（资助编号CBET-1934284和CBET-2347712）的支持。本研究使用了ACCESS计划（项目-BIO240211）的资源，该计划以前称为XSEDE，由国家科学基金会和北卡罗来纳州立大学的Hazel超级计算机提供支持。作者还感谢圣地亚哥超级计算中心（SDSC）提供的计算时间，以及马萨诸塞州总医院Peptide Core在配体合成方面的帮助。
