摘要：血脑屏障（BBB）是限制脑部药物递送的重要障碍。传统的脑靶向策略主要依赖配体与膜受体胞外正构位点的结合，然而这一方式易受到内源性配体竞争、受体胞外区突变/脱落及免疫原性的影响。
血脑屏障（BBB）是限制脑部药物递送的重要障碍。传统的脑靶向策略主要依赖配体与膜受体胞外正构位点的结合，然而这一方式易受到内源性配体竞争、受体胞外区突变/脱落及免疫原性的影响。
西南大学药学院李翀、美国MD安德森癌症中心Wen Jiang和吉林大学杨照罡等在Nature Communications上在线发表题为“Allosteric targeted drug delivery for enhanced blood-brain barrier penetration via mimicking transmembrane domain interactions”的最新研究论文。提出了一种“别构靶向”策略：通过设计特异性识别膜蛋白跨膜区（TMD）的多肽配体，突破传统正构靶向的限制，构建“即插即用”式脂质递药系统，实现对脑组织的精准药物递送。该策略已成功应用于脂质体、脂质纳米粒、外泌体等多平台，并拓展至整合素αv受体等靶点，展示出良好的通用性和免疫相容性。
图片来源：《Nature Communications》
（https://doi.org/10.1038/s41467-025-58746-x）
在这项研究中，研究人员构建了IR基因沉默的脑微血管内皮细胞（BMECs）模型，以及MMP14处理模拟膜蛋白胞外区脱落模型。在体内实验中，使用了Cre-loxP系统构建的脑特异性IR敲除小鼠（Insr CKO mice）与APP/PS1双转基因阿尔茨海默病模型小鼠（其中脑特异性IR敲除小鼠Insr CKO mice（C57BL/6J-Insrem1cyagen）由赛业生物提供）以评估“别构靶向”策略的药物递送效率及安全性。
该研究应用了多种技术手段以全面解析别构靶向机制，包括：分子模拟与结构设计：Rosetta Design、AlphaFold2、MM/GBSA自由能计算；蛋白互作分析：表面等离子共振（SPR）、FRET及trFRET；细胞水平验证：流式细胞术、免疫荧光染色、Western blot；动物实验评估：活体/离体荧光成像、脑组织切片免疫染色、行为学测试（NOR, MWM）；分子水平分析：qPCR检测基因表达、蛋白质电泳分析免疫复合物形成；安全性评价：炎症因子检测、IgM/IgG免疫原性评估、主要脏器H&E染色及血清生化指标测定等。
技术路线：跨膜区结构分析与多肽设计（IR-TMD、ITP）→ 多肽与载体自组装（“即插即用”嵌入脂质层）→ 构建靶向脂质体/脂质纳米粒/外泌体→ 体外验证结合特异性与胞吞路径→ 构建IR敲除模型、MMP14处理模型→ 体内脑靶向效果验证与行为学改善分析→ 平台适配性拓展至αv受体、mRNA药物→ 安全性、免疫原性全面评估。
1. ITP特异性识别IR-TMD并诱导构象变化
通过Rosetta设计与AlphaFold2预测，构建了针对胰岛素受体跨膜区（IR-TMD）的多肽配体ITP。SPR数据显示ITP与IR结合的亲和力为KD = 2.10 × 10⁻⁷ M，显著优于乱序肽。WB与trFRET分析表明，ITP可引起IR构象变化，激活其下游AKT/ERK通路。
图1.能够与胰岛素受体跨膜区（IR-TM）结合的变构肽（ITP）的设计和表征[1]
2. ITP修饰脂质体展现高效BBB穿透与脑部富集能力
ITP可“即插即用”式嵌入脂质层，稳定性和力学强度提升。在Transwell模型与小鼠体内成像中，ITP-Lip与PEG-ITP-Lip均表现出优异的脑部靶向能力，远超对照组。
图2. ITP修饰脂质体BBB穿透与脑部富集能力考察[1]
3. 小鼠IR敲除模型验证ITP的靶向机制
在siRNA处理BMECs与Insr CKO小鼠中（C57BL/6J-Insrem1cyagen，由赛业生物提供），PEG-ITP-Lip摄取量明显下降，验证了其确实通过IR-TMD介导脑靶向。与此对比，识别胞外区的IEP多肽修饰脂质体在IR缺失或突变模型中靶向显著受阻。图3. 小鼠IR敲除模型验证ITP的靶向机制验证[1]
4. 免疫相容性显著优于暴露型肽修饰策略
ITP嵌入式修饰极大减少了IgM/IgG吸附，未引发低温反应或炎症因子上调。对比RGD-Lip和IEP-Lip，ITP-Lip在反复注射后无免疫原性表现。
图4. 别构靶向策略免疫相容性考察[1]
5. 在AD模型小鼠中显著改善认知与病理表现ITP-LNP/siBACE1显著提升APP/PS1小鼠空间学习与记忆能力，减少脑内Aβ沉积与BACE1表达。同样剂量下，未修饰LNP或IEP-LNP治疗组无显著疗效。
图5. 别构靶向策略在AD模型小鼠中疗效评估[1]
6. 递药平台拓展性强
成功将别构靶向策略拓展至整合素αv靶点、mRNA药物递送，展示广泛应用前景。
图6. 别构靶向策略应用于整合素αv靶点、mRNA药物递送[1]
该研究提出通过识别膜蛋白跨膜区构建别构靶向药物递送系统，不仅有效规避了传统正构靶向面临的内源性竞争、靶点突变与免疫原性问题，还具备无需化学修饰、平台兼容性强等优势。该策略在多种疾病模型中展现出良好治疗效果，并已拓展应用至整合素αv靶点、小分子药物和mRNA的靶向递送，体现出其作为一类“通用化、模块化”靶向平台的潜力。别构靶向为脑部疾病以及其他“难递送”场景下的精准治疗提供了新思路。
[1] Tang, K., Tang, Z., Niu, M. et al. Allosteric targeted drug delivery for enhanced blood-brain barrier penetration via mimicking transmembrane domain interactions. Nat Commun 16, 3410 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-58746-x
来源：南鹿科学汇