撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

基于蛋白质的治疗方法在医药市场上获得了极大的关注和成功。自1982年美国FDA批准重组人胰岛素治疗糖尿病以来，包括单克隆抗体、细胞因子、酶和多肽在内的蛋白质药物数量迅速增长，占据了2022年全球畅销药前10名和前200名的近50%。

然而，蛋白质的细胞膜篇通透性不足，这成为开发靶向细胞内靶点的蛋白质类药物的一个关键挑战，此外，癌症疫苗、CRISPR-Cas9基因疗法也需要有效的细胞质蛋白递送载体。

2024年4月17日，华东师范大学生命科学学院程义云团队与浙江大学药学院平渊团队合作，在 Science Advances 期刊发表了题为：Dual-responsive nanocarriers for efficient cytosolic protein delivery and CRISPR-Cas9 gene therapy of inflammatory skin disorders 的研究论文。

该研究开发了双响应性纳米载体，能够向细胞质高效递送蛋白质、酶、单克隆抗体和Cas9 RNP。在银屑病小鼠模型中，递送Cas9 RNP效率最高的载体——GBLA-22，能够成功靶向并破坏NLRP3炎症小体，从而减轻银屑病相关炎症反应，减轻银屑病症状。该研究为开发针对特定蛋白（例如酶、单克隆抗体）和复合物（例如Cas9 RNP）的细胞质递送载体提供了一个有前景的新选择。

与小分子药物相比，蛋白质药物具有更高的效力、更强的选择性和更低的副作用。目前批准的蛋白质药物的一个显著限制是，由于蛋白质固有的难以穿透细胞膜的特性，它们主要是细胞外靶标特异性，这阻碍了它们有效接近细胞内靶标的能力。因此，开发能够有效作用于细胞内靶点的蛋白质药物仍然是药物领域的一个关键挑战。克服这一挑战将极大地扩展蛋白质药物的范围和潜在应用。除此之外，CRISPR-Cas9介导的基因组编辑等新兴生物技术也需要开发有效的工具直接将Cas9核糖核蛋白（RNP）转运到靶细胞的细胞核中。

在过去的十年里，已经开发出许多用于Cas9 RNP介导的基因编辑的病毒和非病毒递送系统。病毒载体通常具有较高的递送效率，但也与免疫应答、基因组整合和癌症相关基因激活的潜在风险相关。脂质体、无机纳米颗粒和安全性较高的聚合物等非病毒载体最近已被广泛用于递送Cas9 RNP。但仍有几个关键挑战需要解决。

首先，Cas9 RNP与非病毒载体的结合亲和力有限，通常使用负电荷增强的Cas9蛋白以促进其与载体的结合。但这种方式不仅带来了复杂的生物合成，还可能影响Cas9的生物活性。

其次，Cas9 RNP在胞质内递送后从载体的响应性释放是递送系统实现高效入核和基因组编辑的另一个挑战。

最后，Cas9 RNP递送系统在不同疾病模型上的体内基因编辑效率和治疗性能需要进一步研究以促进其临床转化。

在这项最新研究中，研究团队从双响应性聚合物文库中筛选用于细胞内蛋白和Cas9 RNP的高效递送载体，用于向细胞内递送基因编辑器和治疗性蛋白质药物。通过在聚酰胺-胺树枝状聚合物上接枝不同含量的苯硼酸和硫辛酸（LA）配体来合成聚合物库——GBLA。

苯硼酸已被报道可通过氮硼酸与蛋白质上的赖氨酸或组氨酸残基的配位来稳定聚合物/蛋白质复合物，从而进行蛋白质细胞质递送，而LA是一种内源性天然小分子，参与机体内各种生化反应，例如三羧酸循环、线粒体能量代谢和多酶复合物的稳定调节。LA具有显著的抗氧化特性，可以清除自由基和其他氧化物，保护细胞免受氧化应激损伤。因此，LA被广泛用作治疗阿尔茨海默病和糖尿病的抗炎药物。LA除了直接作为小分子药物使用外，还广泛应用于生物材料。LA不仅为生物材料提供了更好的稳定性，而且增加了其通用性。由于其独特的结构，两亲性LA很容易通过酰基化反应偶联到聚合物表面。疏水的五元环结构有利于在水溶液中形成核壳胶束，可在细胞内谷胱甘肽还原条件下解体，导致所载药物的释放。LA基生物材料可以与细胞表面的游离巯基形成二硫键，从而通过硫基-二硫键交换介导的细胞摄取进入细胞，尤其是穿透细胞的聚二硫化物。

针对特定蛋白，可从GBLA聚合物文库中筛选出递送效率最优的载体，例如用于递送增强型黄色荧光蛋白（enhanced yellow fluorescent protein，eYFP）、β-半乳糖苷酶（β-galactosidase，β-Gal）、免疫球蛋白G（IgG）和Cas9 RNP。

最后，研究团队使用递送Cas9 RNP效率最高的载体——GBLA-22，通过靶向NLRP3炎症小体来治疗银屑病模型小鼠。结果显示，显著下调了体内银屑病相关炎性细胞因子的表达水平，小鼠的银屑病症状得到显著改善。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl4336

Science子刊：程义云/平渊开发新型纳米载体，向细胞内高效递送蛋白质