追问｜张锋团队新设计细菌“注射器”，剑指基

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

·“基因编辑药物从体外的细胞治疗往直接体内治疗过渡的过程中，对递送载体提出了更高的要求，递送载体成了体内基因编辑药物临床应用的关键限速步骤。”

·“这一系统在细胞靶向特异性方面展现出的出色效果令人振奋，但其递送效率仍有一定的提升空间，体内递送的长期安全性也需要更多更具说服力的研究数据支撑。”

当地时间3月29日，美国麻省理工学院—哈佛大学博德研究所（Broad Institute of MIT and Harvard）张锋团队在《自然》（Nature）杂志在线发表了题为《通过细菌收缩注射系统进行可编程蛋白质输送》（Programmable protein delivery with a bacterial contractile injection system）的论文，他们通过AlphaFold辅助蛋白质设计开发了一种新的蛋白质递送系统——改造、利用独特的细菌“注射器”将蛋白质注射到人类细胞中。

张锋团队论文截图。

以色列耶路撒冷希伯来大学（the Hebrew University of Jerusalem）的计算微生物学家阿萨夫·莱维（Asaf Levy）在接受《自然》采访时表示，“这可能会对医学产生变革性的影响，它可以设计有效载荷和特异性，这是非常酷的。”

上海科技大学生命科学与技术学院王皞鹏教授向澎湃科技表示，这项研究为蛋白质精准递送技术的设计和开发提供了新方向，为将来在基因治疗、癌症治疗、生物防治、核酸递送等领域的应用奠定了技术基础。但相关应用还需要进一步的研究和开发。

“张锋团队新开发的PVC递送系统是团队针对目前基因蛋白药物递送难题的一次出色探索，他们巧妙地把细菌注射系统和基因编辑器递送相结合，开创了一个新的非病毒递送方向。”华东师范大学生命科学学院研究员吴宇轩告诉澎湃科技,“这一系统在细胞靶向特异性方面展现出的出色效果令人振奋，但其递送效率仍有一定的提升空间，体内递送的长期安全性也需要更多更具说服力的研究数据支撑。而针对递送效率、特异性、安全性等的充分研究是临床应用前不可或缺的。”

精准、灵活的细菌“注射器”

内共生细菌是一类特殊的细菌，可以寄生在宿主细胞内部，它已经进化出复杂的递送系统，使其能够分泌调节宿主细胞的生物因子。细胞外收缩注射系统（eCIS）就是一个例子，它是一种类似注射器的大分子复合物，可以通过在细胞膜表面诱导出一个刺突蛋白，从而将携带的蛋白质有效载荷注入到真核细胞中。

2022年4月29日，中国医学科学院病原生物学研究所微生物学家江峰团队在《科学》（Science）杂志发表论文称，他们可以在生物发光细菌Photorhabdus asymbiotica中操纵这种类似注射器的系统，将他们从哺乳动物、植物和真菌中选择的蛋白质加载到注射器中。张锋团队在论文中提到，类似的发现提高了eCIS用于治疗性蛋白质递送的可能性，然而，这些递送系统是否能在人类细胞中起作用，以及这些系统用来识别目标细胞的机制尚不清楚。

张锋团队选择了来自Photorhabdus asymbiotica的eCIS——PVC（Photorhabdus virulence cassette ），他们发现，PVC有效载荷蛋白的N端高度无序区域是其“包装结构域”，只要将其与想要递送的蛋白融合，就能将其加载到PVC复合体中。随后，他们利用预测蛋白质结构的人工智能程序AlphaFold设计了修改尾部纤维蛋白（PVC13）的方法，使其能够精准地靶向人类细胞表面表达的不同蛋白。

PVC系统可以被重新编程以在真核细胞中定制蛋白质递送。图片来源：张锋团队论文

通过对eCIS的进一步改造，张锋团队可以使用这一系统递送不同类型的蛋白载荷，他们已经在体外实验中成功递送了CRISPR基因编辑系统中的Cas9蛋白以及另一类用于基因编辑的锌指蛋白。在小鼠的体内实验中，这种经过改造的递送系统也可以将蛋白递送到小鼠大脑的神经元中。

这一PVC递送系统将有哪些应用潜力？王皞鹏介绍，它可以应用于基因治疗、癌症治疗、生物防治和核酸递送四个方面。“虽然作者没有在文中成功实现核酸的递送，但是目前有研究利用病毒肽构建病毒样颗粒实现核酸的递送将病毒肽与DNA结合，然后将病毒肽包裹在PVC内，可能也可以利用PVC系统实现核酸递送。”

具有高度靶标特异性，但效率有待提升

吴宇轩的研究方向之一是通过CRISPR基因编辑治疗以地中海贫血为主的血液疾病。在美国哈佛大学从事博士后研究期间，他完成了基于CRISPR且不依赖于病毒递送的血红蛋白基因治疗方法的临床前研究。回国后，他领导完成了全球首个体外CRISPR基因编辑治疗β珠蛋白完全缺失的β-地中海贫血的成功案例。