设计可编程嵌合胶原蛋白纳米粒，突破肿瘤靶向治疗瓶颈

在对抗癌症的战役中，如何将药物精准、高效、安全地送达肿瘤组织，同时最大程度减少对正常组织的伤害（即“脱靶毒性”），一直是科学家们孜孜以求的目标。蛋白质，作为生命的基本元件，以其优异的生物相容性、可基因编程性以及结构均一性，成为构建新一代药物递送系统的理想“材料”。然而，精确控制蛋白质纳米颗粒的组装结构，并建立其宏观性质（如大小、药物释放速度）与微观分子设计之间的关联，仍是巨大挑战。

近日， 内蒙古大学李 昕 宇团队 在Journal of Controlled Release上发表 题为Chimeric Collagen-like Proteins with Tunable Structural Heterogeneity for Precise Control and Targeted Doxorubicin Delivery的重要研究成果 。他们 受细菌嵌合胶原样蛋白（CLP）启发，创新性地设计并构建了一系列结构高度可编程的嵌合胶原样蛋白（Chimeric CLP-like Proteins） 。这些蛋白作为“智能骨架”，成功负载阿霉素，形成 嵌合胶原样蛋白-阿霉素偶联纳米复合物（CDCNs） ，并在三阴性乳腺癌（TNBC）和胶质母细胞瘤（GBM）两种恶性实体瘤模型中，展现出 卓越的靶向递送能力、增强的抗肿瘤效果和显著降低的系统毒性 。

研究团队的核心突破在于其 模块化设计策略 。他们设计的嵌合蛋白包含三个关键域：1. N端刚性球状结构域（如α-螺旋或β-折叠） ：提供稳定性和作为后续靶向肽的融合位点。2. 中部柔性线性胶原样结构域（(Gly-Xaa-Yaa)n重复序列） ：决定纳米粒大小和药物释放速率的关键。3. C端特异性偶联位点（(GC)n序列） ：用于通过稳定的硫醚键共价偶联经活化的DOX。通过基因工程技术，研究人员可以 精确调控这三个结构域的长度、类型（α-螺旋 ， β-折叠）和数量（如偶联位点数） 。这种结构上的“可编程性”，使得CDCNs的宏观性质（粒径、形貌、载药量、释放动力学）能够被精准定制。

研究揭示了嵌合蛋白的微观结构如何决定CDCNs的宏观性能和药效：1. 线性域长度 :长度↑ → 粒径↓，包封率↑ ：更长的亲水线性序列促进疏水DOX分子聚集，形成更致密的内部结构。长度↑ → 释放速率↑ ：更长的亲水柔性链在生理环境中促进纳米粒溶胀，增强基质渗透性，加速药物扩散（尽管核心更密，但溶胀效应占主导）。2. 刚性结构域类型与长度 :α-螺旋域长度↑ → 外壳厚度↑ → 释放速率↓ ：更长的刚性α-螺旋形成更厚更致密的外壳，减缓药物扩散（屏障效应）。β-折叠域长度↑ → 包封率↓ → 释放速率↑ ：β-折叠的刚性和平面构象增加了蛋白质载体的疏水性，减少了与疏水药物DOX的结合，同时降低了药物扩散的内部阻力。3. DOX偶联位点数量 :位点数↑ → 粒径↓，包封率↑ ：更多结合位点提高了载药量，形成更致密的CDCNs结构。 位点数↑ → 释放速率↓ ：更高的载药量导致疏水DOX分子聚集形成更致密的疏水核心，使CDCNs更均质稳定，减缓释放。

当使用上述10种CDCNs对HeLa细胞进行孵育，我们注意到V α222 CLP3GC-DOX杀伤率最强，高达66.4%。 基于上述研究，团队筛选出综合性能最优的载体V α222 CLP3GC5（尺寸合适、载药量高、释放速率适中 ，对癌细胞致死率最高 ）。为了赋予其靶向能力，他们将尿激酶型纤溶酶原激活物（UPA）肽基因融合到该载体的N端。UPA肽能特异性识别在TNBC细胞（如4T1细胞）上高表达的 uPAR 受体。1. 精准识别： 荧光 显微镜显示，UPA修饰的CDCNs (UPA-CDCNs) 能高效被 uPAR 阳性的4T1 TNBC细胞内吞，而在 uPAR 阴性的HeLa细胞中则主要滞留在细胞 膜上 。2. 强力杀伤： 在体外，UPA-CDCNs对4T1细胞展现出强大的杀伤力，诱导显著凋亡。机制研究表明，其通过上调P53、Caspase-3、Cleaved Caspase-3，下调BCL-2，激活了经典的DOX凋亡通路。3. 安全性高： 溶血实验证明UPA-CDCNs具有良好的生物相容性。

在TNBC原位小鼠模型中的评价更令人振奋：精准富集，长效滞留： 静脉注射Cy7标记的纳米颗粒后，荧光成像显示，UPA-CDCNs能长时间富集在肿瘤部位（荧光持续24小时），而未修饰的CDCNs在16小时内就被快速清除。离体器官成像进一步证实UPA-CDCNs在肿瘤部位有强荧光信号，而CDCNs主要富集在心脏和肾脏。TNBC模型 (UPA-CDCNs):1. 强效抑瘤： 显著抑制肿瘤生长（肿瘤体积/重量远低于PBS和游离DOX组），延长生存期（中位>40天 vs PBS组18天，DOX组28天）。2. 精准靶向： 体内成像显示UPA-CDCNs在肿瘤部位长时间滞留富集，而普通CDCNs被快速清除。3. 促进凋亡： 肿瘤组织内广泛凋亡，促凋亡蛋白表达上调。

该研究不仅成功开发了针对TNBC和GBM的高效低毒靶向递送系统，其提出的 “结构可编程嵌合胶原样蛋白”设计策略 具有更深远的意义：1. 精准调控： 通过调整蛋白微观结构（线性域长、刚性域类型/长度、偶联位点数），可精确控制纳米粒的宏观性质（粒径80-800 nm可调，释放时间20-40 h可调），满足不同肿瘤治疗需求。2. 模块化平台： N端可作为“通用接口”融合多种靶向肽（如UPA, LinTT1）、免疫调节肽、甚至光动力/光热响应肽，轻松构建多功能治疗载体。3. 拓展性强： 该平台可整合刺激响应元件（如MMP酶切位点、光敏蛋白），实现药物在肿瘤部位的智能响应释放。其应用前景不限于癌症治疗，还可拓展至免疫佐剂、抗生素递送等领域。4. 安全优势： 基因工程设计的 de novo CLP作为“空白模板”，减少了暴露的功能基团，相较于天然蛋白（如BSA, HSA）， 潜在免疫原性风险更低 ，且具备高纯度、批次间一致性好、易于规模化生产等优势。

内蒙古大学李 昕 宇团队开发的基于嵌合胶原样蛋白的CDCNs平台，巧妙地结合了刚性球状蛋白的稳定性和线性胶原蛋白的可调性，通过基因工程实现了载体结构-性能-功能的精准编程。该平台在TNBC和GBM模型中展现出的高效靶向、强效抑瘤和卓越安全性，为克服传统化疗药物的毒副作用和递送瓶颈提供了强有力的新工具。其模块化、可编程的设计理念，为下一代智能化、多功能蛋白基药物递送系统的开发开辟了广阔道路。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168365925007424

制版人：十一

参考文献

1. Xia, Y., Li, Y., Huang, J., et al. (2025). Chimeric collagen-like proteins with tunable structural heterogeneity for precise control and targeted doxorubicin delivery.Journal of Controlled Release, 386 (2025), 114131. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2025.114131

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