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）

• 靶點脫落導致的偽靶向（如AD中IR胞外域被MMP切割）

• 化學修飾引發(fā)的免疫原性（如RGD肽誘發(fā)補體激活）

研究概要

2025年4月，西南大學藥學院李翀團隊在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。該研究基于變構識別的理念構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）的跨膜結構域（TMD）作為識別位點，并探索了其在腦部疾病治療中的潛在應用。

該藥物遞送平臺具有以下特點：

• 有效避免了內源性配體或抗體的競爭干擾

• 有效克服了因細胞外區(qū)域脫落而導致的靶點缺失效應

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

• 對各種脂質載體具有出色的通用性，可擴展應用于由跨膜受體介導的其他形式的主動靶向

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

研究內容

胰島素受體跨膜結構域的變構肽配體的設計與表征

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

對變構肽修飾脂質體的表征及其穿越血腦屏障的研究

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

• 血清穩(wěn)定性達93.5%（48 h），遠超傳統(tǒng)PEG化脂質體（82.5%）

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

體外和體內對變構機制的評估

• 與正常BMECs 相比，IR表達受抑制的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)大腦的體內成像顯示，PEG-ITP-Lip 的熒光強度在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)進一步證明了ITP 的變構靶向位點是IR 跨膜結構域（TMD）,且確證ITP通過TMD特異性介導內吞，且靶向機制獨立于胞外域完整性。

變構肽修飾的免疫相容性評估

• 針對胰島素受體胞外結構域的IEP-Lip 能夠誘導免疫反應，但相比之下，PEG-ITP-Lip/ITP-Lip 制劑并未表現(xiàn)出類似的風險，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，這反映了變構靶向治療在治療與靶受體胞外結構域缺失相關疾病方面的潛力。

別構靶向作為主動藥物遞送的平臺策略

• mRNA遞送腦實質eGFP表達量提高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RGD肽的1.5倍

結論

作者設計并篩選出了能特異性結合胰島素受體跨膜結構域的肽配體，并構建了一系列別構腦靶向脂質遞送系統(tǒng)。這種別構靶向方法能夠有效避免假靶向或靶點丟失，且“即插即用”的靶向基團有效提高了制劑的生物相容性和穩(wěn)定性，并對各種脂質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。

實時單細胞多功能分析儀應用版塊

在本研究中，作者使用膜結合的基質金屬蛋白酶14（MT1-MMP/MMP14）來切割BMECs 中 IR 的胞外結構域，以構建缺乏IR 胞外結構域的細胞模型。使用實時單細胞多功能分析儀測量細胞表面胰島素受體α亞基（IR-α）的表達，結果顯示，經MMP14 處理后的細胞中IR-α 的表達量降低了23.56 倍，這與蛋白質印跡結果一致。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)進一步證明了ITP 的變構靶向位點是IR 跨膜結構域（TMD）。

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

產品介紹

技術特點：

• 高時空分辨率：可以在亞細胞水平（細胞質、細胞核）原位、定量檢測。

• 多功能檢測：可以檢測單個活細胞內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）。

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

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

在藥物遞送研究領域，實時單細胞多功能分析技術可以從單細胞或亞細胞水平上幫助研究人員高效直觀并深入了解細胞與藥物遞送系統(tǒng)之間的相互作用，從而優(yōu)化其性能；監(jiān)測細胞的代謝變化，及時發(fā)現(xiàn)潛在的毒性或不良反應，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胞代謝具有積極影響的藥物遞送成分或結構，進而指導新型藥物遞送載體的設計和合成。該技術有助于為藥物遞送領域的研發(fā)及應用提供更加深入的理論基礎。

拓展閱讀

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

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

   參考文獻

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