尽管包括蛋白、核酸在内的生物药物具有广泛的医疗应用前景，但是如何向细胞内高效递送（高转染效率、高活性）这些生物药物仍然是一个棘手的问题。现有的药物递送载体进入细胞大多通过内吞作用，它们进入细胞后大部分被溶酶体降解和被胞吐到细胞外，只有不到10%的药物能够进入细胞质。肌动蛋白（Actin）是细胞骨架的重要组成部分，在细胞的迁移、分裂、原生质的流动、囊泡和细胞器的运动、细胞间信息的传递、细胞的形状等细胞活动中扮演着重要的角色。肌动蛋白分为球状肌动蛋白（G-actin）和丝状肌动蛋白（F-actin）。G-actin通过非共价作用聚集成F-actin的过程被发现能够增加细胞膜的张力，促进膜融合过程。因此，仿生F-actin可能是构建药物递送纳米平台的一种新策略。近期，西安电子科技大学王忠良团队开发了一种仿生F-actin的纳米平台用于蛋白质的高效细胞质递送。该纳米平台展现出与细胞膜模拟物的快速融合，能通过膜融合作用将蛋白质药物递送进入细胞质，产生极高的蛋白转染效率和转染活性（图1）。

图1 仿生F-actin脂质体通过膜融合方式递送蛋白质的过程示意图

        具体而言，作者首先设计嵌在脂质双分子层中的花菁染料CyBI7聚集体模拟支撑细胞膜的非共价键聚集体仿生丝状蛋白（F-actin）的，得到CyBI7-IL。如图2a，CyBI7-IL的近红外吸收峰相比游离CyBI7明显红移，证明CyBI7确实在脂质双分子层中形成了聚集体，而对照组DiR-IL中染料并未发生聚集（图2b）。进一步的分子动力学模拟证实CyBI7在IL的脂质双分子层中形成包含2-4个单体的小聚集体，并呈现出典型的J聚集形态（滑移的平面）。表面张力的计算结果则进一步证实了CyBI7聚集体具有增加膜张力的作用，CyBI7-IL与不含CyBI7的IL的表面张力分别为-4.7 mN/m和-0.32 mN/m （图2c）. 脂质体中CyBI7聚集体产生的张力约等于4.7万个F-actin分子产生的张力，证明CyBI7聚集体有仿生F-actin的潜力。体外膜融合效率测试表明，CyBI7-IL确实具有很高的膜融合效率，10 min内已经达到90%以上（图2d）。作者进一步验证了CyBI7-IL对模型蛋白的递送能力。蛋白质活性是评估蛋白递送效果的重要指标。β-半乳糖苷酶（β-Gal）是一种能和底物反应生成蓝色物质的模型蛋白。其自身进入细胞非常困难，而用CyBI7-IL不仅可以高效递送β-Gal进入细胞质，而且其活性高达94%，而常用的商品化脂质体转染试剂lipofectamine 3000 （LPF3k）组的蛋白活性仅有34%，暗示了膜融合脂质体在递送生物大分子方面的优越性（图2e）。此外，细胞摄取机制研究表明CyBI7-IL进入细胞完全不依赖于内吞过程（图2f）。绿色荧光蛋白（GFP）也是蛋白递送研究中常用的模型蛋白。作者通过GFP进入细胞后与溶酶体的共定位较少，证明了CyBI7-IL通过膜融合方式递送蛋白进入细胞（图2g）。最后，作者用CyBI7-IL递送了抗肿瘤蛋白DNase I，发现其抗肿瘤效果明显优于对照组，暗示了CyBI7-IL具有较好的蛋白递送应用潜力。这项研究提供了一个高效的蛋白递送工具。该工具也可以拓展用于递送质粒和mRNA等核酸药物，为基因治疗和细胞治疗提供重要支持。

        图2 （a）CyBI7-IL的近红外吸收光谱。（b）对照脂质体DiR-IL的近红外吸收光谱。（c）CyBI7-IL及对照脂质体的表面张力。（d）CyBI7-IL及对照脂质体的膜融合动力学过程。（e）CyBI7-IL递送β-半乳糖苷酶（β-Gal）的酶活性表征。（f）CyBI7-IL递送β-半乳糖苷酶（β-Gal）的细胞摄取机制。（g）CyBI7-IL和DiR-IL递送EGFP的溶酶体共定位结果。

        相关工作以“Filamentous-Actin-Mimicking Nanoplatform for Enhanced Cytosolic Protein Delivery”为题发表在Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.202305600)上，文章第一作者为西安电子科技大学夏玉琼副教授，通讯作者为西安电子科技大学王忠良教授，共同通讯作者为西安电子科技大学张象涵副教授。

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