目前針對腦部的主動靶向策略完全依賴于配體與血腦屏障（BBB）上特定受體正構(gòu)位點的有效相互作用，而血腦屏障極易受到各種病理生理因素的影響，從而限制了藥物遞送的效率，目前常見挑戰(zhàn)點：

• 內(nèi)源性配體競爭（如胰島素受體被血液胰島素飽和）

• 靶點脫落導(dǎo)致的偽靶向（如AD中IR胞外域被MMP切割）

• 化學(xué)修飾引發(fā)的免疫原性（如RGD肽誘發(fā)補(bǔ)體激活）

研究概要

2025年4月，西南大學(xué)藥學(xué)院李翀團(tuán)隊在Nature Communications上在線發(fā)表題為“Allosteric targeted drug delivery forenhanced blood-brain barrier penetration via mimicking transmembrane domain interactions”的研究論文。該研究基于變構(gòu)識別的理念構(gòu)建了一個藥物遞送平臺，利用膜蛋白（如胰島素受體和整合素αvαvβ3）的跨膜結(jié)構(gòu)域（TMD）作為識別位點，并探索了其在腦部疾病治療中的潛在應(yīng)用。

該藥物遞送平臺具有以下特點：

• 有效避免了內(nèi)源性配體或抗體的競爭干擾

• 有效克服了因細(xì)胞外區(qū)域脫落而導(dǎo)致的靶點缺失效應(yīng)

• 包含無需化學(xué)修飾的“即插即用”靶向基團(tuán)，所構(gòu)建的制劑具有低免疫原性和良好的穩(wěn)定性

• 對各種脂質(zhì)載體具有出色的通用性，可擴(kuò)展應(yīng)用于由跨膜受體介導(dǎo)的其他形式的主動靶向

圖1. 變構(gòu)靶向策略的機(jī)制示意圖。a. 基于膜蛋白胞外結(jié)構(gòu)域識別的正構(gòu)靶向所面臨的挑戰(zhàn)，包括內(nèi)源性配體或抗體與胞外結(jié)構(gòu)域競爭性結(jié)合、胞外結(jié)構(gòu)域脫落導(dǎo)致的假靶點以及胞外結(jié)構(gòu)域突變引起的靶點丟失。b. 脂質(zhì)載體（例如脂質(zhì)體、脂質(zhì)納米顆粒或外泌體）采用“即插即用”方法用變構(gòu)修飾肽進(jìn)行修飾，這些肽能夠識別膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域，從而實現(xiàn)靶向遞送。c. 變構(gòu)靶向策略通過胰島素受體（該受體缺乏胞外結(jié)構(gòu)域）介導(dǎo)藥物穿過血腦屏障遞送至大腦，可用于治療阿爾茨海默病。

研究內(nèi)容

胰島素受體跨膜結(jié)構(gòu)域的變構(gòu)肽配體的設(shè)計與表征

• 篩選獲得ITP，其與IR-TMD的MM/GBSA結(jié)合自由能（-43.59 kcal/mol）優(yōu)于天然肽段

對變構(gòu)肽修飾脂質(zhì)體的表征及其穿越血腦屏障的研究

• ITP修飾使脂質(zhì)層剛性提升33倍（Young模量從0.12增至3.98 GPa）

• 血清穩(wěn)定性達(dá)93.5%（48 h），遠(yuǎn)超傳統(tǒng)PEG化脂質(zhì)體（82.5%）

• PEG-ITP-Lip/ITP-Lip 能夠有效穿透腦微血管并進(jìn)入腦實質(zhì)

體外和體內(nèi)對變構(gòu)機(jī)制的評估

• 與正常BMECs 相比，IR表達(dá)受抑制的BMECs 對PEG-ITP-Lip/ITP-Lip的攝取顯著減少

• 對Insr CKO小鼠(腦特異性Insr 基因敲除)大腦的體內(nèi)成像顯示，PEG-ITP-Lip 的熒光強(qiáng)度在flox/flox 小鼠中顯著高于PEG-Lip，但在Insr CKO 小鼠中，PEG-ITP-Lip 和 PEG-Lip 的熒光強(qiáng)度無顯著差異

• 與正常BMECs 相比，缺乏IR-α 的 BMECs 對 IEP-Lips 的攝取顯著受到抑制（p < 0.05）,但對PEG-ITP-Lip 的攝取沒有顯著差異（p > 0.05）。

• 這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證明了ITP 的變構(gòu)靶向位點是IR 跨膜結(jié)構(gòu)域（TMD）,且確證ITP通過TMD特異性介導(dǎo)內(nèi)吞，且靶向機(jī)制獨立于胞外域完整性。

變構(gòu)肽修飾的免疫相容性評估

• 針對胰島素受體胞外結(jié)構(gòu)域的IEP-Lip 能夠誘導(dǎo)免疫反應(yīng)，但相比之下，PEG-ITP-Lip/ITP-Lip 制劑并未表現(xiàn)出類似的風(fēng)險，這可能歸因于對ITP 的特定修飾降低了其在血清中的暴露。

ITP-LNP/siBACE1 治療阿爾茨海默病的療效評估

• BACE1沉默效率（蛋白降低76%）,顯著改善Aβ沉積（Thio-S染色減少68%）

• Morris水迷宮測試, ITP-LNP組平臺穿越次數(shù)提高3.2倍（p<0.001）

• 總體而言，ITP-LNP/siBACE1 在改善APP/PS1 小鼠的行為特征和阿爾茨海默病樣病理特征方面比其他治療條件更有效，這反映了變構(gòu)靶向治療在治療與靶受體胞外結(jié)構(gòu)域缺失相關(guān)疾病方面的潛力。

別構(gòu)靶向作為主動藥物遞送的平臺策略

• mRNA遞送腦實質(zhì)eGFP表達(dá)量提高12.7倍

• 外泌體工程ITP修飾使siRNA載量增加3.8倍

• 整合素αv靶向ITP2-Lip腦部蓄積量達(dá)RGD肽的1.5倍

結(jié)論

作者設(shè)計并篩選出了能特異性結(jié)合胰島素受體跨膜結(jié)構(gòu)域的肽配體，并構(gòu)建了一系列別構(gòu)腦靶向脂質(zhì)遞送系統(tǒng)。這種別構(gòu)靶向方法能夠有效避免假靶向或靶點丟失，且“即插即用”的靶向基團(tuán)有效提高了制劑的生物相容性和穩(wěn)定性，并對各種脂質(zhì)基載體和膜受體表現(xiàn)出良好的通用性。因此，該方法有望豐富主動靶向的概念，并為智能醫(yī)療保健的發(fā)展提供有價值的見解。

實時單細(xì)胞多功能分析儀應(yīng)用版塊

在本研究中，作者使用膜結(jié)合的基質(zhì)金屬蛋白酶14（MT1-MMP/MMP14）來切割BMECs 中 IR 的胞外結(jié)構(gòu)域，以構(gòu)建缺乏IR 胞外結(jié)構(gòu)域的細(xì)胞模型。使用實時單細(xì)胞多功能分析儀測量細(xì)胞表面胰島素受體α亞基（IR-α）的表達(dá)，結(jié)果顯示，經(jīng)MMP14 處理后的細(xì)胞中IR-α 的表達(dá)量降低了23.56 倍，這與蛋白質(zhì)印跡結(jié)果一致。與正常BMECs 相比，缺乏IR-α 的 BMECs 對 IEP-Lips 的攝取顯著受到抑制（p < 0.05），但對PEG-ITP-Lip 的攝取沒有顯著差異（p > 0.05）。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證明了ITP 的變構(gòu)靶向位點是IR 跨膜結(jié)構(gòu)域（TMD）。

圖2I. 用于測定經(jīng)或未經(jīng)基質(zhì)金屬蛋白酶14（MMP14）處理的BMEC 中 IR-α 表達(dá)水平的實時單細(xì)胞多功能分析儀的快照圖像。比例尺= 20 μm。m 通過實時單細(xì)胞多模態(tài)分析儀測定經(jīng)或未經(jīng)MMP14 處理的BMEC 表面IR-α的表達(dá)水平。（F：細(xì)胞膜表面IR-α 的熒光強(qiáng)度；F0：培養(yǎng)皿的背景熒光強(qiáng)度）

產(chǎn)品介紹

技術(shù)特點：

• 高時空分辨率：可以在亞細(xì)胞水平（細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核）原位、定量檢測。

• 多功能檢測：可以檢測單個活細(xì)胞內(nèi)的百余種小分子含量（如乳酸、ATP、ROS等）及酶活性（葡萄糖甘酶等）。

• 細(xì)胞器提取：亞細(xì)胞水平提取細(xì)胞器；也可將藥物或其它物質(zhì)微創(chuàng)注入細(xì)胞內(nèi)。

• 組織和活體：動態(tài)監(jiān)測多種生理信號變化（如針灸研究，腦神經(jīng)研究等。

在藥物遞送研究領(lǐng)域，實時單細(xì)胞多功能分析技術(shù)可以從單細(xì)胞或亞細(xì)胞水平上幫助研究人員高效直觀并深入了解細(xì)胞與藥物遞送系統(tǒng)之間的相互作用，從而優(yōu)化其性能；監(jiān)測細(xì)胞的代謝變化，及時發(fā)現(xiàn)潛在的毒性或不良反應(yīng)，為藥物遞送系統(tǒng)的安全性評估提供重要依據(jù)；同時輔助篩選出對細(xì)胞代謝具有積極影響的藥物遞送成分或結(jié)構(gòu)，進(jìn)而指導(dǎo)新型藥物遞送載體的設(shè)計和合成。該技術(shù)有助于為藥物遞送領(lǐng)域的研發(fā)及應(yīng)用提供更加深入的理論基礎(chǔ)。

拓展閱讀

1. Nat. Commun.: 基于小檗堿的可電離脂質(zhì)用于核酸治療藥物的自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及腦靶向遞送

2. Advanced Materials ( IF 27.4 )  “重組角蛋白模塊化微針”, 讓腫瘤術(shù)后傷口愈合及抗癌同步進(jìn)行

   參考文獻(xiàn)

Kaicheng Tang, Chong Li, et. al. Allosteric targeted drug delivery forenhanced blood-brain barrier penetration via mimicking transmembrane domain interactions. Nature Communications (IF 14.7) Pub Date : 2025-04-10 , DOI:10.1038/s41467-025-58746-x