靶向递送SOD-LCA2/Prx-LCA2融合蛋白的工程化抗氧化疗法在肺氧化损伤修复中的协同机制研究

针对肺组织氧化应激损伤修复难题，太原师范学院团队创新性开发了基于肠毒素载体LCA2的SOD/Prx双功能融合蛋白系统。研究证实该复合物可高效跨膜递送，通过级联催化(O2•?→H2O2→H2O)显著降低ROS/MDA/8-OHdG等氧化标志物，恢复SOD/CAT/GSH-Px活性，为蛋白工程化抗氧化剂开发提供新范式。

　　

肺作为人体唯一持续暴露于外界环境的内部器官，其独特的生理特性使其成为氧化应激攻击的首要靶标。环境污染物如工业废气、PM_2.5等会诱发活性氧(ROS)爆发，包括超氧阴离子(O₂^•?)、过氧化氢(H₂O₂)和羟基自由基等，这些分子不仅直接损伤细胞组分，还会激活炎症通路，加速肺功能衰退甚至诱发肿瘤。虽然人体拥有SOD、过氧化还原蛋白(Prx)等天然防御系统，但随年龄增长其效能逐渐衰退，而外源性抗氧化剂又面临难以穿透细胞膜的递送瓶颈。传统解决方案如基因疗法存在安全性风险，脂质体包裹则易导致蛋白失活——这些困境严重制约了抗氧化治疗的临床应用。

太原师范学院的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表的研究中，创新性地利用大肠杆菌不耐热肠毒素衍生的LCA2载体，构建了可穿透细胞膜的双功能融合蛋白系统。通过基因工程将铜锌超氧化物歧化酶(SOD)与PrxI分别与LCA2耦联，获得SOD-LCA2和Prx-LCA2重组蛋白，并以1:1摩尔比物理混合形成复合制剂。该研究首次证实这种工程化蛋白组合能通过级联反应实现ROS的全程清除：SOD先将O₂^•?转化为H₂O₂，再由Prx进一步还原为水，从而阻断Fenton反应导致的二次氧化损伤。

关键技术包括：采用pET-24(+)载体在E. coli BL21中表达重组蛋白；荧光标记追踪细胞摄取；建立H₂O₂诱导的A549细胞氧化模型；通过BALB/c小鼠肺喷雾给药评估疗效；检测ROS、MDA(丙二醛)、PCG(蛋白质羰基)、8-OHdG(8-羟基脱氧鸟苷)等氧化标志物及SOD、CAT(过氧化氢酶)、GSH-Px(谷胱甘肽过氧化物酶)活性。

【材料与试剂】
研究使用ExPASy分析显示，SOD-LCA2和Prx-LCA2均为264个氨基酸，分子量分别为29.51 kDa和29.29 kDa，等电点分别为6.55和6.89。稳定性预测表明两者在哺乳动物细胞内半衰期>20小时，适合治疗应用。

【融合蛋白表征】
体外实验证实，荧光标记的复合物能高效进入A549细胞。在300 μM H₂O₂刺激下，处理组细胞存活率提升2.3倍，ROS降低67%，MDA和PCG分别减少58%和62%，同时内源性SOD、CAT、GSH-Px活性恢复至接近正常水平。

【讨论】
动物实验显示，经肺喷雾给药的H₂O₂损伤模型小鼠，在Prx/SOD-LCA2治疗7天后，肺组织8-OHdG含量下降54%，肺泡结构明显修复，炎症浸润减少。该成果的创新性在于：首次将肠毒素载体LCA2应用于抗氧化蛋白递送，克服了传统方法的膜穿透障碍；通过SOD-Prx级联设计实现ROS全程清除，避免单一酶治疗可能导致的H₂O₂蓄积副作用。

这项研究为氧化应激相关肺疾病（如COPD、肺纤维化）提供了新型治疗策略，其采用的蛋白工程技术路线相比基因疗法更具临床转化潜力。未来研究可进一步优化给药方案，并探索该平台在其它器官氧化损伤中的应用。