Volume 5 | Article ID 0035 |
蛋白质生物制剂是一种强大的治疗剂，具有多种抑制和酶促功能。由于蛋白质通常无法穿过细胞膜，因此临床批准的蛋白质治疗药物仅针对细胞表面受体或分泌抗原。克服蛋白质的膜不渗透性将大大增加可能的治疗靶点数量，从而释放蛋白质药物治疗许多“疑难杂症”的潜力。本文重点介绍了实现蛋白质细胞内递送的进展，作者总结了实现蛋白质内部化的策略，并提出了细胞内蛋白质传递的现有挑战以及未来的展望。
作者首先概述了蛋白质药物递送方式与小分子药物、病毒载体、siRNA、mRNA、DNA等其他药物递送方式的比较，指出蛋白质药物的优势在于其高特异性、高亲和力、安全性、稳定性及可以更精确控制细胞反应，但需要克服细胞膜的障碍才能实现细胞内递送。随后，本文详细介绍了各种细胞内蛋白质递送方法，这些技术可以大致分为三类（图1）：物理方法、直接蛋白质工程和纳米载体介导的递送。
图1 常见的细胞内蛋白质传递方法。
1．物理方法是不经任何化学或遗传修饰而直接递送天然重组蛋白的最直接方法。通过电流聚焦超声波或挤压微流体通道可以在细胞膜上产生临时孔，从而允许蛋白质自由地进入细胞质，蛋白质也可以通过显微注射直接引入细胞质中。物理递送方法最适合离体应用，该方法直接简单，但其效率较低且仅适用于体外。
2．直接蛋白工程方法，该方法通过在蛋白质上融合细胞穿膜肽（Cell Penetrating Peptides，CPPs）实现递送。虽然大多数蛋白质不能穿过细胞膜，但一些多肽和蛋白质具有通过直接易位、内吞作用或微胞饮作用进入细胞的能力。将目的蛋白与具有上述能力的多肽和蛋白质融合，是一种被广泛研究的蛋白质递送方法。目前已经开发出了用于递送抗体以及用于基因编辑和靶向蛋白降解（图2）的CPPs。直接蛋白质递送系统的制造成本和开发时间很低，但该方法存在许多细胞穿膜肽低效率和易被内吞体捕获的问题。
3．纳米载体介导的递送，该方法将蛋白质封装在纳米颗粒内或束缚在其表面，通过纳米级载体实现蛋白质递送。纳米载体具有较高的负载能力和较强的膜穿透能力，同时纳米颗粒可以保护蛋白免受酶促降解并促进特异靶向。目前被开发用于蛋白质递送的纳米载体有：脂质体纳米颗粒（Lipid Nanoparticles，LNPs）（图3）、聚合物、金或二氧化硅等无机颗粒、病毒样颗粒和细胞源性外泌体等。纳米载体介导的递送具备高负载能力和抗降解保护的优势,但该方法也存在载体尺寸较大、组织渗透性差、可能引起毒性反应等问题。
针对各种递送方法存在的问题，本文提出了相应的改进策略。例如可以通过将细胞穿膜肽与内溶性辅助肽相结合，微调纳米颗粒的组成、尺寸和表面功能等方式来进行改善。此外，本文还讨论了如何维持递送蛋白的折叠和功能，实现对特定组织的靶向递送，以及如何建立敏感的细胞内递送检测方法等问题。
蛋白质在细胞内的输送具有巨大的潜力，但迄今为止还没有一种可扩展和高效的方法得到FDA批准用于药物输送。细胞内蛋白质输送的主要障碍是缺乏可扩展和高效的方法，目前，研究人员已经提出了许多细胞内蛋白质输送的策略，但仍然面临着低封装效率和溶酶体困扰等挑战，对细胞内蛋白质输送的生物运输系统的持续研究仍然是新技术发展的关键支柱。
审核：孙敏轩、刘萍萍
原文链接：
https://spj.science.org/doi/10.34133/bmef.0035
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