厦门大学任磊教授：类病毒蛋白纳米颗粒的理性设计和医学应用

近日，厦门大学任磊教授团队的AMR述评文章“Rational Design of Virus-like Particles for Nanomedicine”在线发表，介绍了课题组对乙肝病毒核心衣壳蛋白来源的类病毒颗粒的结构解析，并在此基础上对其进行功能化修饰方法和其生物医学应用的部分工作进行了总结和评述，还总结了目前类病毒颗粒在纳米医学应用研究中仍然面临的一些挑战。

关键词：类病毒颗粒，蛋白质自组装，蛋白质工程，纳米医学

从学习到超越，既保守又灵活的蛋白质多聚体——类病毒蛋白纳米颗粒。

1 文章内容简介

病毒是一种久经自然界淘选，最终进化出的高效的天然纳米递送系统。它们在与宿主防御系统长久的斗争过程中，进化出或保守/或特殊的结构和功能，最终有效突破生理屏障，并特异性感染组织或细胞。为了战胜病毒，科学家们对其构造模式进行了深入研究，也以此为契机将其应用于疫苗和纳米药物的设计。其中，源于病毒衣壳蛋白的纳米颗粒--类病毒颗粒，具有生物相容性好，结构精确，功能化方式灵活和易于产业化等优点。近年来，随着分子生物学和结构生物学等学科的进步，多种类病毒颗粒被开发应用，主要应用场景包括疫苗开发，核酸大分子递送和酶包封等，获得了较多的关注。在本述评中，我们主要介绍了本研究团队对乙肝病毒核心衣壳蛋白来源的类病毒颗粒的结构解析，并在此基础上对其进行功能化修饰方法和其生物医学应用的部分工作进行了总结和评述，包括：（1）类病毒颗粒的结构、组装机制和免疫学特点；（2）类病毒颗粒功能化的策略；（3）类病毒颗粒在纳米药物靶向递送和肿瘤免疫治疗中的应用等。

最后，我们还总结了目前类病毒颗粒在纳米医学应用研究中仍然面临的一些挑战。针对这些挑战，我们还需进一步对类病毒颗粒进行改造和创新，从而推动其成为具有广泛应用场景的纳米载体，促进纳米医学的发展。

2 AMR：您对该领域的发展有何愿景？

作者团队：

在纳米药物的发展过程中，越来越多的纳米材料被发现，并在基础研究中展现出较好的效果。但是，能实现临床转化的纳米材料较少，这与它们的开发成本较高，生物安全性存疑和使用场景受限等缺点相关。目前，基于类病毒颗粒的纳米药物具有生物安全性高、结构精确、组成均一、易于工程化改造及大规模生产等诸多优势，临床应用场景灵活，极具转化空间。

3 AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！

作者团队：

首先，天然的类病毒颗粒作为疫苗开发平台和药物载体具有一定普适性，但仍需完善和提高。因此，如何从临床角度出发，在其超分子组装机制的基础上，进行理性设计，最终获得灵活适用于多种应用场景的全新仿生蛋白纳米材料，还需要持续的关注和努力。其次，改造和分析蛋白类材料具有不确定性高和试验周期长的问题，因此，如何通过人工智能的帮助，提高蛋白质工程设计效率，具有重要意义。

4 AMR：您认为该领域当前最值得关注的热点是什么？

作者团队：

大部分异源蛋白都具有一定的免疫原性，类病毒颗粒也不例外。因此，预存免疫造成的免疫清除和免疫系统严重的排异反应，都是限制蛋白类材料进入临床使用的重大挑战。未来，希望能实现结构生物学，免疫学，蛋白质工程和深度学习算法开发等多个学科领域的结合，突破天然蛋白序列的限制，做到调控材料免疫原性的目的，使蛋白质这种生物可降活性材料发挥出其巨大的生物医药应用潜力。

作者团队简介

任磊，厦门大学材料学院教授、博士生导师。先后毕业于天津大学（1990）、中国协和医科大学（1997）和冈山大学（2001）。2001-2003年在新加坡国立大学材料系从事博士后研究，2003年起任厦门大学医学院副教授、厦门大学材料学院教授。已主持多项国家自然科学基金等国家级项目，并与多家生物医药企业开展转化合作研究；已发表研究论文170余篇；获授权中国发明专利20余项。2004年入选厦门大学首批新世纪优秀人才支持计划；2007年入选福建省新世纪优秀人才支持计划，曾荣获2012年度日本陶瓷协会日中陶瓷科学技术交流奖励及2013年厦门市科技进步二等奖。

单文俊，毕业于厦门大学，师从任磊教授，获工学博士学位，现为陆军军医大学药学与检验医学系药理学教研室副教授，重庆英才·青年拔尖人才入选者。研究方向为纳米医学，即借鉴生物大分子的装配及相互作用机制，并通过生物合成等技术，开发具有良好生物相容性和功能适配性的新型仿生纳米药物。

王楚凡，厦门大学材料学院博士研究生，2018年于华东理工大学获得学士学位，目前研究重点为开发新型类病毒蛋白纳米笼，以期提高其灵活性，有效性，安全性和临床转化潜力。

陈昊翔，厦门大学材料学院博士研究生，2020年于湖南大学获得硕士学位，目前研究方向主要为基于合成生物学策略的疾病诊疗方法研究。

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Rational Design of Virus-like Particles for Nanomedicine

Wenjun Shan*, Chufan Wang, Haoxiang Chen, and Lei Ren*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00050

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