鐵蛋白是存在于人體細(xì)胞中的儲(chǔ)鐵蛋白，具有獨(dú)特的殼-核結(jié)構(gòu)，外殼由24個(gè)亞基自組裝形成蛋白籠，內(nèi)腔能以水鐵礦形式儲(chǔ)存鐵。2012年，中國科學(xué)院院士、中科院生物物理研究所研究員閻錫蘊(yùn)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)人重鏈鐵蛋白（Human heavy chain ferritin，HFn）識(shí)別腫瘤標(biāo)志分子——轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1（TfR1/CD71），隨后，又發(fā)現(xiàn)鐵蛋白籠上存在溫度可控的小分子藥物通道。這些重要發(fā)現(xiàn)賦予鐵蛋白作為腫瘤靶向藥物載體的優(yōu)良性能，包括對(duì)小分子藥物的高效裝載能力和針對(duì)腫瘤相關(guān)疾病的靶向治療能力。

然而，基于鐵蛋白作為核酸載體的開發(fā)卻囿于其蛋白結(jié)構(gòu)的天然負(fù)電性，這使得同樣帶負(fù)電的核酸藥物難以裝載其中。為此，研究人員基于對(duì)鐵蛋白結(jié)構(gòu)的分析，選擇性對(duì)鐵蛋白內(nèi)表面負(fù)電氨基酸進(jìn)行正電突變，構(gòu)建了內(nèi)腔正電的載核酸鐵蛋白載體。該新型鐵蛋白載體實(shí)現(xiàn)了對(duì)Toll樣受體核酸配體的有效裝載，并且有效增強(qiáng)了抗腫瘤免疫治療。相關(guān)研究成果于近日在線發(fā)表在Nano Today上。

近年來，核酸藥物憑借著治療靶點(diǎn)明確、持久高效等特點(diǎn)，在腫瘤治療中凸顯出傳統(tǒng)藥物不可取代的優(yōu)越性。免疫治療是繼手術(shù)、放療、化療等傳統(tǒng)方法后快速發(fā)展的新一代腫瘤療法。其中，Toll樣受體（TLR）是腫瘤免疫激活的有效靶點(diǎn)之一。然而，由于核酸結(jié)構(gòu)特性，胞內(nèi)TLR的激活配體卻面臨著體內(nèi)遞送問題，如結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定易被核酸酶降解、親水性和負(fù)電性使其難以透過細(xì)胞膜被細(xì)胞攝取、外源性核酸分子的免疫原性引發(fā)機(jī)體免疫識(shí)別清除等，限制了其轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。目前，研究人員已開發(fā)出多種核酸載體，但這些載體材料潛在的安全性問題卻也令人擔(dān)憂。例如，陽離子脂質(zhì)體/聚合物表面的高陽離子容易導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂引起機(jī)體細(xì)胞損傷、病毒載體中病毒蛋白的致癌性和生物毒性風(fēng)險(xiǎn)、合成材料的免疫原性及體內(nèi)代謝問題。因此，具有高生物相容性的鐵蛋白是極具潛力的核酸藥物載體材料。

為了解決天然鐵蛋白負(fù)電性對(duì)核酸裝載的限制，相關(guān)研究嘗試對(duì)鐵蛋白進(jìn)行正電修飾以提高其核酸親和力。但是，鐵蛋白外表面改造存在引發(fā)免疫原性的風(fēng)險(xiǎn)，而內(nèi)表面融合正電肽存在占據(jù)內(nèi)腔空間進(jìn)而降低核酸裝載量的問題。鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)基于鐵蛋白結(jié)構(gòu)分析，通過基因工程設(shè)計(jì)，以點(diǎn)突變的方式針對(duì)性將位于鐵蛋白內(nèi)表面的負(fù)電氨基酸替換為正電氨基酸，構(gòu)建了一系列具有不同突變位點(diǎn)和數(shù)目的內(nèi)腔正電鐵蛋白。通過核酸裝載能力的系統(tǒng)性評(píng)估，從中優(yōu)選具有高穩(wěn)定性和核酸裝載能力的鐵蛋白突變體（E61K/E64R/E140K/E147K）作為核酸載體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該鐵蛋白載體對(duì)不同類型TLR（TLR3、TLR7/8和TLR9）核酸配體都表現(xiàn)出普適且高效的裝載能力，顯著改善TLR核酸配體的體內(nèi)外遞送效率，實(shí)現(xiàn)高效的細(xì)胞攝取、特異的胞內(nèi)定位和增強(qiáng)的免疫激活作用。此外，鐵蛋白載體獨(dú)特的籠狀空間結(jié)構(gòu)為多功能免疫治療提供了一體化平臺(tái)。在鐵蛋白載體內(nèi)部裝載TLR9核酸配體CpG作為免疫佐劑的基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步在其外表面化學(xué)偶聯(lián)光動(dòng)力光敏劑二氫卟吩作為腫瘤免疫原性死亡的誘導(dǎo)劑以實(shí)現(xiàn)協(xié)同免疫。在荷瘤小鼠模型中，基于鐵蛋白載體的免疫聯(lián)合治療有效激活了系統(tǒng)性抗腫瘤免疫響應(yīng)，顯著抑制了雙側(cè)瘤生長及遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移的發(fā)生。更重要的是，鐵蛋白載體在體內(nèi)外都表現(xiàn)出良好的生物安全性。該研究不僅拓寬了鐵蛋白藥物載體的載藥譜，還為高效遞送核酸藥物提供了新策略。

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鐵蛋白-核酸遞送系統(tǒng)及其增效抗腫瘤免疫的示意圖

來源：中科院