Nat. Commun. | 模拟颗粒酶B的纳米酶及其在纳米囊泡靶向抗癌中的应用

细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）是抗肿瘤免疫中的关键效应细胞，其杀伤功能主要依赖颗粒酶B（Granzyme B, GrB）在靶细胞胞质中触发半胱天冬酶（Caspase）级联反应，进而诱导程序性细胞死亡。天然GrB作为蛋白质药物在临床转化上面临多重挑战，包括体外稳定性有限、生产成本高，以及缺乏高效的胞质递送策略。相比之下，尽管CAR-T疗法在血液肿瘤中已取得成功，但在实体瘤环境中仍受到肿瘤浸润效率低、免疫抑制微环境及全身毒副作用风险等因素的制约。因此，如何在不依赖活细胞治疗的前提下，在肿瘤细胞胞质中重现关键凋亡触发环节，成为一个具有工程意义的研究方向。

为此，南开大学黄兴禄教授、刘艺锦教授与英国布里斯托大学Stephen Mann教授团队合作，提出了一种“自下而上”的分子工程策略。研究者利用人重链去铁铁蛋白（FTn）纳米笼作为蛋白支架，通过位点特异性结合Pd(II)离子，在蛋白亚基内部构建出由双核钯离子组成的金属催化中心，从而获得具有GrB底物选择性的蛋白质纳米酶（FTn-Pd）。该人工催化中心并非复制天然丝氨酸蛋白酶机制，而是通过金属配位诱导的局部构象重排赋予蛋白新的水解功能。研究者进一步将FTn-Pd封装于表面展示抗HER2单链抗体（ScFv）的仿生脂质纳米囊泡（GMNVs）中，并利用阳离子脂质驱动的膜融合机制，使纳米酶绕开经典的内吞-溶酶体路径，直接进入肿瘤细胞胞质，从而无需依赖穿孔素（perforin）即可在细胞内部发挥功能。该设计的创新点在于胞质类GrB活性纳米酶的递送策略，而非对免疫细胞完整杀伤过程的重建。Figure 1. 铁蛋白基Pd纳米酶的构建与类GrB活性的表征。(a) 金属离子与FTn结合形成金属-蛋白复合物的示意图；(b) 底物水解活性筛选。比较不同金属-FTn复合物对IETD序列底物（Ac-IETD-pNA）的水解能力，FTn-Pd显示最高活性（HPLC分析）；(c-e) Western blot分析显示FTn-Pd可诱导Pro-caspase-3裂解，且对底物识别序列突变（IETD→IETA）后活性显著下降，表明其具有序列选择性；(f) 透射电子显微镜（TEM）图像显示FTn与金属化后FTn-Pd仍保持笼状纳米结构；(g) 晶体结构解析揭示Pd(II)在亚基内部Site A与Site B的结合区域；(h-i) 位点突变实验表明Site A对催化活性至关重要，而Site B突变对活性影响有限，因此Site A为主要功能位点。Figure 2. 仿生纳米囊泡的构建及胞质递送能力。(a-b) ScFv修饰与纳米囊泡组装流程示意图；(c-e) TEM与DLS表征显示囊泡尺寸均一，并在PBS中保持结构稳定；(f) 实时共聚焦成像显示脂质组分停留在细胞膜区域，而Cy5标记的FTn-Pd信号出现在胞质，表明膜融合介导的递送模式；(g) 共定位分析显示纳米酶信号与溶酶体标记（LAMP1）重叠度较低，表明其主要绕过经典的内吞-溶酶体途径；(h) 细胞活力实验显示该系统在HER2高表达肿瘤细胞中具有明显杀伤效应。

Figure 3. 体内行为与抗肿瘤效果。(a-b) 药代与体内成像显示纳米系统在肿瘤区域的积累趋势；(c-f) MB49-HER2⁺模型中肿瘤生长曲线及组织分析显示FNP-anti-HER2处理组肿瘤生长受到显著抑制，并伴随Caspase-3信号激活；(g-j) SKBR3模型结果与上述趋势一致，说明该系统在HER2高表达肿瘤模型中可诱导凋亡相关抗肿瘤效应。

总体而言，这项工作并非试图重建完整的免疫细胞杀伤过程，而是将其拆解为一个可工程化的关键分子环节——在靶细胞胞质内触发Caspase依赖性凋亡，并通过人工设计的蛋白–金属纳米结构实现这一功能节点。其核心价值不只在于获得了具备GrB底物序列选择性的纳米酶，更在于证明：蛋白质纳米笼结构重塑、非天然金属催化中心构建与仿生膜融合递送可以被整合为一个在活细胞内部发挥生化功能的分子级工程体系。该策略并非旨在替代CAR-T或天然免疫机制，而是一种不同技术路径的展开——通过可编程的人工分子模块，在细胞内重现特定生化触发事件，从而实现对细胞命运的功能性干预。当前结果仍处于动物模型层面的概念验证阶段，但该研究提供了一个重要范例：在人工纳米结构中引入具有底物选择性的生物功能是可行的，也显示出人工细胞工程与生物无机化学交叉方向正在从“结构构建”逐步迈向“功能精细化设计”。

该工作以“Granzyme B-mimetic nanozyme for nanovesicle targeted anticancer applications”为题发表于Nature Communications。论文第一作者为南开大学生命科学学院博士毕业生胡雪岩、刘奇奇和康贺龙，通讯作者为南开大学黄兴禄教授、刘艺锦教授以及英国布里斯托大学Stephen Mann教授。感谢南开大学庄洁副教授以及其他各位合作者的支持与帮助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-68773-x?sessionid=