工程化改造FGF1为肝素硫酸盐生物传感器：癌症诊断与靶向治疗的新策略

本研究针对癌症中过表达的肝素硫酸盐蛋白聚糖(HSPGs)缺乏高特异性探针的问题，通过蛋白质工程将成纤维细胞生长因子1(FGF1)重编程为HSPGs特异性生物传感器。研究人员设计出FGF1HSBCD突变体，其肝素结合亲和力提升20倍且完全解耦FGFR信号，成功应用于胰腺癌细胞HSPGs检测，为癌症诊断和靶向药物递送提供了新工具。

　　

在肿瘤微环境中，肝素硫酸盐蛋白聚糖(HSPGs)的异常过表达已成为多种癌症的标志性特征，但其检测手段长期受限于抗体识别范围窄、易受肿瘤耐药机制影响等瓶颈。传统单克隆抗体仅能识别特定HSPGs亚型的蛋白核心，而天然HSPGs配体如成纤维细胞生长因子(FGFs)虽能广谱结合肝素硫酸盐(HS)链，却会同时激活FGFR信号通路引发脱靶效应。这一矛盾促使科学家探索既能保留HS结合特性、又可规避受体激活的新型分子探针。

来自波兰的研究团队在《Cell Communication and Signaling》发表创新成果，通过三步策略将FGF1改造为高性能HSPGs生物传感器。首先引入Y94A/N95A突变阻断FGFR结合，随后通过C16S等6个位点提升热稳定性，最终基于多序列比对发现S116R(B)、S17K(C)、L72R(D)三个关键突变。其中L72R为首次报道的HS亲和力增强突变，不仅使三重突变体FGF1_HSBCD的肝素洗脱盐浓度提升0.23M，更使glypican-4结合亲和力提高20倍(KD=350nM)。

研究采用生物膜干涉技术(BLI)验证FGF1_HSBCD完全丧失FGFR1结合能力，同时通过定量显微成像证实其内化过程100%依赖HSPGs。在胰腺癌细胞检测中，该探针成功识别出HPAF-II细胞特异的15-55kDa多条带HS信号，且信号可被肝素完全阻断，展现出优异的检测特异性。

关键技术包括：1）基于AlphaFold的结构预测指导突变设计；2）肝素亲和层析评估结合特性；3）圆二色谱(CD)和荧光光谱验证蛋白折叠；4）BLI动力学分析；5）高内涵成像定量内化效率。

主要研究结果：

1. 突变设计：通过比较FGF家族HS结合域电荷分布，发现B/C/D突变可增加正电荷密度而不影响折叠，其中D突变(L72R)意外提升Tm值5.5°C。
2. 亲和力提升：FGF1_HSBCD需1.60M NaCl才能从肝素柱洗脱，较原始FGF1_HS(1.37M)显著提高，BLI显示其与glypican-4结合kon值提升2.2倍、koff降低9.5倍。
3. 信号解耦：内化实验证实野生型FGF1通过FGFR/HSPGs双途径内化，而FGF1_HSBCD仅依赖HSPGs途径，且肝素阻断效率达100%。
4. 诊断应用：Far-Western blot在胰腺癌细胞中检测到HS表达梯度：HPAF-II>Capan-2>hTERT-HPNE，与临床报道的HSPGs过表达趋势一致。

该研究不仅首次实现生长因子向纯HSPGs探针的功能转化，更开辟了三大应用前景：1）作为广谱HSPGs检测工具克服抗体表位局限性；2）细菌表达系统便于偶联荧光标记或抗癌药物；3）HS结合特性使其能规避肿瘤的HSPGs亚型转换耐药机制。作者特别指出，FGF1_HSBCD可作为蛋白药物偶联物(PDC)的理想载体，其模块化设计策略也为其他生长因子改造提供了范式。这项来自波兰团队的创新工作，为癌症的精准诊断和靶向治疗带来了新的突破点。