综述：跨越生物屏障：纳米技术用于胞质蛋白药物递送系统的最新进展

本综述系统总结了纳米载体（如脂质体、聚合物纳米粒、无机纳米粒及多肽等）在克服蛋白药物胞内递送屏障方面的最新进展，重点分析了各类递送系统的设计原理、作用机制及面临的挑战（如免疫原性、靶向性、内涵体逃逸等），并展望了智能化、响应性纳米载体在推动蛋白药物治疗复杂疾病方面的临床转化前景。

　　

引言

蛋白质作为一类多功能生物分子，在细胞过程中扮演着关键角色，其缺失或过表达可导致多种疾病。与小分子药物相比，蛋白药物具有选择性高、生物活性强、毒性低且不易产生耐药性等优势。然而，蛋白药物的临床应用受到其半衰期短、生理环境下稳定性差、分子尺寸大以及跨越生物屏障（如细胞膜、血脑屏障、肠粘膜等）能力有限等固有挑战的严重制约。纳米载体系统的开发为克服这些局限性、增强蛋白药物的临床应用带来了巨大希望。

蛋白递送载体面临的挑战

蛋白递送载体面临多重挑战，包括生物学、技术及临床转化方面的挑战。免疫原性可能是最关键的生物学挑战，外源性载体可能被免疫系统识别为异物，引发免疫反应。载体毒性也可能影响正常细胞并引发副作用。此外，蛋白药物体内稳定性差、半衰期短极大地限制了其疗效。载体需要足够长的半衰期以保证疗效，但又不能过长导致体内蓄积和潜在毒性。

技术挑战方面，首要的是蛋白药物在递送载体中的包封效率，许多蛋白质因其尺寸大、结构复杂和表面电荷异质性而表现出较差的负载能力。其他关键挑战包括递送效率和靶向精度。例如，抗癌蛋白载体必须选择性富集在肿瘤组织并最大限度减少对正常组织的损伤。然而，肿瘤的异质性和复杂的微环境使得药物精确靶向面临挑战。此外，克服生物屏障（如内皮间隙、细胞外基质）和细胞摄取屏障（如内吞后的溶酶体降解）仍然困难重重。

蛋白货物通常通过三种主要途径进入细胞：内吞作用（包括网格蛋白介导、小窝蛋白介导和巨胞饮途径），此途径内化的蛋白面临溶酶体降解风险；膜融合，即脂质载体通过与质膜融合直接将蛋白递送入胞质；物理穿透方法，如细胞穿膜肽（CPP）或电穿孔，可瞬时破坏膜完整性。对于内吞途径，载体应促进蛋白的溶酶体逃逸（如质子海绵效应或其他方法）。而膜融合和物理穿透允许直接胞质进入，从而避免了溶酶体降解问题。

用于蛋白递送的纳米载体

近年来，多种纳米颗粒（NP）被设计和用于提高蛋白质稳定性，促进其细胞和组织渗透，以辅助蛋白质的胞内递送。包括脂质体、聚合物纳米粒、无机纳米粒、CPP和蛋白质复合物在内的多种纳米载体系统已被证明是很有前景的蛋白递送载体。

脂质纳米载体

脂质体是由磷脂、胆固醇等脂质分子组成的具有双层膜结构的封闭囊泡，是传统但前景广阔的载体，能够负载亲水性和疏水性药物。阳离子脂质体是最常用的生物大分子药物载体之一，通常由带正电荷的脂质和中性脂质按一定比例组成，可与带负电荷的生物分子形成稳定复合物。与中性或阴离子脂质体相比，阳离子脂质体对带负电荷的细胞膜和生物分子表现出优异的结合亲和力，显著增强其细胞摄取效率。然而，其应用受到内涵体逃逸效率低和潜在细胞毒性的限制。

聚乙二醇（PEG）修饰是一种常见策略，使用PEG化脂质材料能够构建脂质纳米粒（LNP），高效包封CRISPR/Cas9核糖核蛋白（RNP），通过增强胶体稳定性和减少调理作用，实现更长的循环时间。受丝状肌动蛋白（F-actin）促进细胞膜融合能力的启发，设计了以花青素染料聚集体为核心的仿生纳米平台，通过模拟F-actin促进细胞膜融合的能力，直接与细胞膜融合，绕过内吞作用，将蛋白高效递送至胞质。

环境响应型脂质体递送技术也非常流行，通过响应疾病特异性微环境线索，提供超越常规脂质体的时空控制药物释放能力。研究最多的技术包括温敏脂质体技术和pH敏感磁性脂质体技术等。基于热响应脂质体的设计原理，开发了含有特立帕肽的脂质纳米平台用于治疗骨质疏松症。

聚合物纳米载体

聚合物纳米粒与脂质基载体的根本区别在于其提供了卓越的结构多功能性和化学可调性。脂质体擅长膜融合和疏水性药物负载，而聚合物系统则提供更强的货物稳定性、更广泛的材料选择和更可预测的降解动力学。聚合物包括天然和合成聚合物，如壳聚糖（CS）、环糊精（CD）、海藻酸钠、透明质酸（HA）、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）和聚（β-氨基酯）（PBAE）。聚合物纳米粒广泛用于药物递送和生物医学应用，因为其化学结构和表面性质可被调节以实现pH响应、靶向递送以及高效的蛋白包封和释放。

天然聚合物提供合成系统无法比拟的独特生物功能——其固有的生物相容性和天然的生物相互作用能够实现“隐形”递送，同时最大限度地减少免疫识别。基于β-CD和CS的生物相容性和粘膜粘附性设计原理，通过涉及CD和CS的化学交联方法开发了用于卵清蛋白（OVA）口服递送的纳米颗粒递送系统。

合成聚合物如PLGA，是一种FDA批准的具有良好生物降解性和生物相容性的聚酯，已应用于蛋白递送。为了优化理化性质，PLGA也常与其他聚合物混合制备递送系统。作为常用的基因递送载体，阳离子聚合物如PBAE和聚乙烯亚胺（PEI），也可以通过静电相互作用包裹带负电荷的蛋白药物。然而，这种相互作用通常被认为不足以包裹具有不同表面电荷的蛋白质。

基于多肽的纳米载体

多肽是一类特殊的大分子。它们及其衍生物具有生物相容性、生物功能性、在生物环境中的分子识别能力、丰富的可再生来源以及可生物降解为小氨基酸等优点，使其能够作为高效的蛋白递送系统。与其他递送系统（如病毒载体）相比，基于多肽的载体具有非免疫原性和易于修饰的优点，这对于重复给药和靶向特定细胞类型至关重要。

细胞穿膜肽（CPP）是一类能够携带生物分子（如蛋白质、核酸等）进入细胞的短肽，通常由不超过30个氨基酸组成，与CPP直接结合是一种高效的生物分子递送方法。CPP可以共价或非共价方式与蛋白质结合，并具有对多种细胞类型毒性低的优点。

然而，基于CPP的胞内递送存在几个问题。首先，CPP递送的蛋白质容易被捕获在溶酶体中，导致生物利用度降低。另一个挑战是血清耐受性差，在高血清浓度下，CPP会与带负电荷的血清白蛋白结合，导致递送效率急剧下降。为了解决这些问题，已经探索了各种策略来增强CPP的性能。

血清白蛋白是经典的药物递送材料，紫杉醇-白蛋白纳米粒已商业化。白蛋白具有无毒、生物相容、可生物降解和非免疫原性等优点，工程化白蛋白可用于延长半衰期和跨粘膜递送。

无机杂化纳米粒

无机纳米粒作为蛋白递送载体具有独特优势，如良好的生物相容性、稳定性以及独特的光学和磁性特性。然而，无机纳米粒的高化学稳定性可能阻碍其代谢，克服这一缺点的一种方法是将其与脂质、多糖和蛋白质杂交。

介孔二氧化硅纳米粒（MSN）因其独特的有序多孔结构、大孔体积、良好的稳定性和生物相容性而被认为是药物和基因递送的有前景的纳米载体。与其它无机载体相比，MSN具有孔径可调和比表面积高的优点，这允许高效负载和保护蛋白质。

金属有机框架（MOF）是由金属离子和有机连接体组装而成的结晶多孔材料，具有可调的孔径（0.5-10纳米）和结构刚性，是蛋白递送的理想选择。与介孔二氧化硅不同，MOF提供独特的保护性配位环境，其中金属节点与蛋白质表面相互作用以防止变性，同时保持生物活性。

其他载体

细胞外囊泡（EV）是一类具有生物膜结构的纳米囊泡，由细胞分泌到细胞外环境中，可通过促进膜融合直接递送货物。基于EV的天然生物相容性和高效递送能力，通过基因工程和纳米组装开发了用于胞内递送的CRISPR-Cas9蛋白和sgRNA递送系统（NanoMEDIC）。外泌体是EV的一种，通过细胞内多泡体与细胞膜融合释放。基于外泌体的靶向能力，利用基因工程和纳米组装产生的外泌体开发了用于胞内递送的TRIM3蛋白递送系统。

总结与展望

蛋白递送受到越来越多的关注。本综述系统分析了胞质蛋白递送系统的最新进展，结合材料设计与生理屏障特异性递送挑战，建立了一个“屏障适应性”框架，评估了脂质、聚合物、无机和肽基载体如何用于穿越细胞膜、粘膜层和血脑屏障，从而提供了一条尚未在比较研究中探索的转化路线。

未来，蛋白递送策略将更侧重于多功能性和精准性。例如，配体修饰可以引导纳米载体走向精准治疗；刺激响应性纳米载体可以实现更精确的药物释放；尺寸可调策略可以帮助它们跨越生物屏障并实现高效药物递送。亚细胞靶向递送可以通过将药物特异性递送至细胞器（如线粒体和溶酶体）来显著提高药物利用效率并减少副作用。

尽管纳米药物在临床转化方面仍面临监管、生产、质量控制、稳定性和免疫原性等挑战，但纳米技术与蛋白药物递送的持续整合在推进复杂疾病治疗和克服临床结果方面具有巨大潜力。超越传统的体外评估，未来的创新必须通过跨学科方法（如AI辅助材料发现）拥抱生理相关性。最终，转化可行性要求在不牺牲功效的情况下简化载体设计；例如，仿生系统（如EV模拟物或极简肽-脂质杂合体）可以平衡复杂性与可制造性。