综述：无细胞蛋白质合成与囊泡系统在可编程治疗制造与递送中的应用

这篇综述系统阐述了无细胞蛋白质合成（CFPS）与囊泡递送平台的协同效应，提出其作为可编程生物治疗生产平台的潜力。文章对比了CFPS与传统细胞系统的优势，详述了脂质体（liposomes）、聚合物囊泡（polymersomes）和内质网微囊（microsomes）三类囊泡的特性与应用，并探讨了整合遗传电路实现动态治疗表达的创新策略，为精准医疗提供了新范式。

　　

引言

生物治疗的发展亟需灵活高效的药物合成技术。传统细胞表达系统面临周期长、膜蛋白表达困难等问题，而无细胞蛋白质合成（CFPS）通过体外开放环境实现了对蛋白质合成的精确调控。结合囊泡系统的稳定性与靶向性，CFPS-囊泡复合体（CFVs）成为生产复杂治疗蛋白（如抗体片段、糖基化蛋白）和可编程药物递送的新兴平台。

CFPS系统与囊泡的协同效应

CFPS的技术优势
CFPS系统利用细胞裂解液提供转录翻译 machinery，可在数小时内完成蛋白质合成，效率远超细胞系统。例如，大肠杆菌（E. coli）CFPS能单日表达24个开放阅读框。其开放环境允许直接添加分子伴侣、氧化还原缓冲液等，促进二硫键形成和膜蛋白正确折叠。

囊泡的功能拓展
脂质体作为天然膜模拟系统，可封装CFPS反应组件并整合膜蛋白（如G蛋白偶联受体GPCRs）。内质网来源的微囊则支持翻译后修饰（PTMs），如昆虫细胞裂解液中的微囊能完成单链抗体（scFv）的氧化折叠。聚合物囊泡通过调整嵌段共聚物组成，可增强机械稳定性，适用于肿瘤靶向递送。

囊泡类型与治疗应用

脂质体：生物相容性与快速原型设计
脂质体凭借磷脂双分子层结构，广泛用于CFPS封装。研究通过微流控技术制备单分散脂质体，表达α-溶血素孔道以维持营养交换，延长蛋白合成时间。但脂质体易受环境因素影响，需通过聚乙二醇（PEG）修饰提升稳定性。

聚合物囊泡：工程化强韧载体
聚乳酸-聚乙二醇（PEG-PLA）囊泡膜厚达50 nm，能嵌入机械敏感通道蛋白MscL。其模块化设计支持配体-受体互作研究，如GPCR与抗体的结合动力学分析，但化学多样性有限制约了功能扩展。

微囊：PTMs的天然工厂
CHO细胞裂解液中的内质网微囊可完成促红细胞生成素（EPO）的糖基化。然而，微囊制备依赖超速离心，规模化生产受限，且难以进行膜成分工程化改造。

可编程治疗生产平台

CFVs通过遗传电路实现“感知-生产”逻辑：

• 信号响应模块：如硝酸盐感应系统NarX-NarL，触发报告基因表达；
• 逻辑门调控：AND门电路可设计双抗原识别的T细胞模拟系统；
• 自抑制回路：负反馈调节防止治疗分子过量积累。

挑战与优化方向

当前CFVs面临产率低（毫克/升级）、靶向效率不足等问题。解决方案包括：

1. 改造宿主菌代谢路径（如敲除核酸酶基因）；
2. AI模型预测遗传电路行为；
3. 外泌体-脂质体杂化降低免疫原性。

结论

CFPS-囊泡融合技术为生物制造和精准医疗开辟了新路径。随着遗传电路设计与囊泡工程技术的进步，这一平台有望实现从按需生产到智能递送的全链条革新，推动合成生物学向临床转化。