工程化Prx-LCA2融合蛋白通过增强细胞内过氧化物酶递送修复皮肤氧化损伤

本研究针对皮肤氧化损伤修复难题，创新性地将过氧化物酶Prx与大肠杆菌不耐热肠毒素衍生的LCA2载体融合，开发出具有高效细胞内递送能力的抗氧化蛋白Prx-LCA2。实验证实该融合蛋白能显著提升A431细胞活力（71.5% vs 损伤组50%），降低ROS水平（降低58.3%），恢复SOD/CAT/GSH-Px活性（分别提升35.9%/26.4%/48.1%），并有效改善小鼠皮肤组织病理学特征。该微生物蛋白工程技术为透皮递送抗氧化疗法提供了新平台。

　　

皮肤作为人体最大的器官，时刻面临着环境污染、紫外线辐射等外界压力，这些因素会导致细胞内活性氧(ROS)的过量产生。当ROS水平超过细胞自身的抗氧化防御能力时，就会引发氧化应激，造成蛋白质羰基化、脂质过氧化和DNA损伤，进而加速皮肤老化甚至诱发皮肤癌变。虽然人体内存在超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物还原酶(Prx)等抗氧化防御系统，但这些大分子蛋白质无法自由穿过细胞膜，严重限制了其作为外源性治疗药物的应用潜力。

针对这一科学难题，太原师范学院生物科学与技术学院的研究团队开展了一项创新性研究。他们巧妙地将人类过氧化物还原酶1(PrxI)与大肠杆菌不耐热肠毒素LTA亚基衍生的LCA2载体融合，构建出新型抗氧化蛋白Prx-LCA2。这项发表在《AMB Express》的研究证实，这种工程化融合蛋白不仅能有效穿透细胞膜，还能显著增强细胞的抗氧化防御能力，为皮肤氧化损伤的治疗提供了新思路。

研究人员采用多学科交叉的研究方法：通过生物信息学预测融合蛋白的理化性质；利用大肠杆菌表达系统和镍柱亲和层析技术纯化重组蛋白；采用荧光标记技术验证细胞摄取效率；建立H₂O₂诱导的A431细胞氧化损伤模型和小鼠皮肤损伤模型；通过检测SOD、CAT、GSH-Px活性及MDA、PCG、8-OHdG等氧化标志物评估治疗效果；最后通过组织病理学分析验证皮肤修复效果。

结构分析与蛋白制备
生物信息学预测显示Prx-LCA2分子量为29.29kDa，等电点6.89，主要由α螺旋(38.78%)和无规卷曲(37.26%)构成。SDS-PAGE和分子排阻色谱证实成功获得纯度>90%的可溶性蛋白，其酶活性达560U/mL。同源建模显示LCA2载体包含三个功能域：甘氨酸富集连接肽、蛋白酶敏感切割位点和维持结构稳定的LTA2 α螺旋域。

细胞摄取与保护效应
FITC标记实验证实Prx-LCA2能高效进入A431细胞并在胞质均匀分布。在600μM H₂O₂诱导的氧化损伤模型中，400μg/mL Prx-LCA2使细胞存活率从50%提升至71.5%，ROS水平降低58.3%，同时显著恢复SOD(95.1U/mL)、CAT(118.8U/mL)和GSH-Px(60.8U/mL)活性，MDA和PCG含量分别降低72.7%和73.7%。

动物实验验证
在小鼠皮肤损伤模型中，600μg/mL Prx-LCA2治疗使皮肤SOD、CAT和GSH-Px活性分别恢复至基线水平的74.1%、80.3%和85.2%，显著降低MDA(68.3%)、PCG(58.1%)和8-OHdG(61.5%)水平。羟脯氨酸(HYP)含量恢复84.4%，组织学显示表皮增厚、真皮胶原纤维密度恢复，皮肤附属器结构完整。

这项研究开创性地将细菌毒素的跨膜转运机制与人类抗氧化酶的功能优势相结合。Prx-LCA2融合蛋白不仅解决了Prx无法自主跨膜的关键难题，其LCA2载体还展现出优于传统穿膜肽(TAT/Penetratin)的特性：N端融合不影响蛋白功能、通过网格蛋白介导的内吞途径实现大分子递送、且无显著细胞毒性。研究结果为开发新型透皮给药系统提供了重要参考，特别对防治紫外线损伤、放射性皮炎等氧化应激相关皮肤病具有重要临床意义。未来研究可进一步优化给药方案，探索其在慢性创面愈合和皮肤抗衰老中的应用潜力。