线粒体靶向铁蛋白载体的构建：亚基末端融合线粒体前导序列实现高效递送

为解决线粒体靶向药物递送效率低的问题，研究人员通过基因工程将线粒体靶向信号肽（MTS）与重组铁蛋白重链（HFn）融合，构建了MTS-HFn载体。该载体通过TOM/TIM复合物介导的跨膜转运机制，实现了线粒体基质内药物（如Lonidamine）的高效富集，显著增强抗肿瘤效果（抑制率达51.06%），为线粒体疾病精准治疗提供了新策略。

　　

线粒体作为细胞的“能量工厂”，其功能异常与肿瘤、神经退行性疾病等密切相关。然而，线粒体独特的双层膜结构和负电位屏障，使得药物难以有效递送至线粒体基质。传统递送策略如脂质体或阳离子聚合物存在靶向性差、毒性大等问题。如何模拟天然线粒体蛋白的转运机制，开发高效安全的递送系统，成为领域内亟待突破的难题。

中国药科大学的研究团队在《Journal of Advanced Research》发表了一项创新研究，通过基因工程改造铁蛋白载体，实现了药物从肿瘤组织到线粒体的“双重靶向”。研究人员利用线粒体靶向信号肽（Mitochondrial Targeting Signal, MTS）的天然转运特性，将其融合至重组人铁蛋白重链（HFn）的亚基末端，构建了MTS-HFn载体。该载体不仅保留了HFn通过转铁蛋白受体1（TfR1）靶向肿瘤的能力，还通过MTS介导的跨膜转运，将抗癌药物Lonidamine（LND）精准递送至线粒体，显著提升了抗肿瘤效果。

研究团队采用基因克隆、蛋白质纯化、细胞摄取实验、线粒体分离技术、Western blotting和动物模型等关键方法。通过构建pET-30a (+)/MTS-HFn质粒并在E.coli
中表达蛋白，结合体外细胞实验和4T1荷瘤小鼠模型，系统评估了载体的靶向性和药效。

结果部分：

1. MTS-HFn的构建与表征
   通过N端融合MTS（(FKFR)₄
   序列），成功获得粒径15.64 nm、Zeta电位pH依赖（pH 5.0时+8.1 mV）的MTS-HFn。CD光谱显示其α-螺旋结构完整，TEM证实保留了典型笼状形态。

2. 细胞摄取与线粒体靶向机制
   MTS-HFn通过网格蛋白（clathrin）内吞进入高表达TfR1的4T1细胞，利用“质子海绵效应”逃逸溶酶体。FCS显示其线粒体富集量比野生型HFn高2.7倍，机制研究表明：①正电荷驱动其在线粒体周围聚集；②通过TOM40/TIM23复合物跨膜转运（WB验证结合效率提升3倍）。

3. 载药系统与体外药效
   MTS-HFn@LND每分子负载220个LND，在pH 5.5下缓释（48小时释放60%）。相比游离LND，其IC₅₀
   降低34%，通过诱导线粒体膜电位下降（JC-1单体/聚体比增加）、ATP含量减少53.4%，激活caspase-9/caspase-3通路，使细胞凋亡率提升至79.5%。

4. 体内抗肿瘤效果
   在4T1荷瘤小鼠中，MTS-HFn@DiR显示肿瘤/正常组织荧光强度比达5:1。MTS-HFn@LND治疗组肿瘤抑制率51.06%（游离LND仅10.2%），H&E和TUNEL染色证实显著诱导肿瘤坏死，且无肝肾功能损伤。

结论与意义：
该研究首创了基于天然蛋白排序机制的“肿瘤-线粒体”级联靶向系统。MTS-HFn通过模拟线粒体前体蛋白的转运路径，解决了传统载体无法突破线粒体双膜屏障的难题。其基因工程改造策略避免了化学偶联的不稳定性，为线粒体相关疾病（如肿瘤、阿尔茨海默病）的精准治疗提供了新范式。未来可通过优化MTS序列（如增加疏水性）进一步提升跨膜效率，或拓展至核酸药物递送领域。