一种细菌铁蛋白688及其应用

本发明涉及医药，具体涉及一种细菌铁蛋白688及其应用。

背景技术：

1、acidithiobacillus是一类因其独特的生理和基因组适应极端环境能力而受到广泛关注的化能自养微生物。其能够通过氧化亚铁、硫或还原性无机硫化合物获取能量。凭借其氧化铁和硫的代谢特性，酸硫杆菌属在生物浸出领域具有重要应用价值，可用于铜等有价金属的提取、酸性矿山废水修复、电子废物资源化回收等过程。

2、经典铁蛋白与细菌铁蛋白通常由24个亚基自组装形成中空球体，其表面具有天然通道，允许小分子自由进出。菌铁蛋白和铁蛋白都可以由多个（同源）亚基类型组成，其在许多方面与人铁蛋白相似。它们具有与人铁蛋白相同的四级结构，并且在亚基的c末端具有相似的e螺旋。大多数情况下，铁氧化酶中心位于四螺旋束内。尽管存在一些差异，但许多有助于铁蛋白的铁氧化酶中心的残基在人铁蛋白和菌铁蛋白之间还是保守的。药物、核酸或显影剂等分子可通过扩散法、ph法、尿素法或温度孵育法装载其中。凭借其优异的生物相容性、可修饰性、靶向潜力及穿越血脑屏障的能力，铁蛋白已成为纳米药物和示踪剂的理想载体。当前应用于医药领域的铁蛋白类型包括人源、马脾源、幽门螺杆菌源及嗜热火球菌源等，其应用涵盖抗肿瘤治疗、基因递送、分子成像、疫苗开发，以及炎症与退行性疾病的诊疗或预防。

3、当前已公开的各类铁蛋白在应用中存在以下主要缺陷：（1）载药效率与通用性受限：铁蛋白载药通常依赖ph法、尿素法或温度孵育法等策略。这些方法普遍存在回收率下降的问题，且铁蛋白自身的空间结构特性及载药策略的选择，也会限制可装载药物分子的类型范围。（2）靶向能力不足：除人重链铁蛋白外，已报道的细菌来源铁蛋白均缺乏靶向结合人转铁蛋白受体的能力，这极大制约了其在临床治疗（尤其是需要主动靶向递送的场景）中的应用潜力。

4、针对上述技术问题，本发明从acidithiobacillus中发现了一种新型细菌铁蛋白688。与哺乳动物铁蛋白及已报道的细菌铁蛋白相比，该蛋白具有一级结构更为精简的显著特征，仅由约147个氨基酸残基构成。在三维结构层面，细菌铁蛋白688虽保留了与哺乳动物铁蛋白和细菌铁蛋白相似的四螺旋束核心构象，但其e螺旋结构存在缺失。但该蛋白仍展现出对人转铁蛋白受体的特异性靶向结合能力，从而能够赋予其药物分子靶向递送的功能。凭借上述独特的结构特征与功能优势，细菌铁蛋白688有望为突破现有铁蛋白载体在载药效率与靶向递送方面的瓶颈提供全新策略，成为一种具有应用前景的新型药物靶向递送载体。

技术实现思路

1、本发明的首要目的是提供一种细菌铁蛋白688（ftn688），所述的细菌铁蛋白688的氨基酸序列如seq id no.1所示。

2、本发明的第二目的是提供编码所述细菌铁蛋白688的基因序列，所述的基因序列如seq id no.2所示。

3、本发明的第三目的是提供一种所述的细菌铁蛋白688的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.全基因合成his-sumo-ftn688，所述his-sumo-ftn688的核苷酸序列如seq idno.6所示；

5、s2.将步骤s1获得的重组表达载体转入大肠杆菌中进行表达，比对蛋白可溶性，获得可溶表达产物；

6、s3.对步骤s2获得的表达产物进行亲和层析纯化，获得his-sumo-ftn688，酶切后ftn688自组装为ftn688-nps。

7、本发明的第四目的是提供一种笼状蛋白，所述笼状蛋白包含多个亚基，所述多个亚基自组装为所述笼状蛋白，其中每个所述亚基为所述的细菌铁蛋白688。

8、优选的，所述笼状蛋白质具有特异性结合人转铁蛋白受体1的能力。

9、优选的，所述笼状蛋白质具有穿越血脑屏障的能力。

10、优选的，所述笼状蛋白包含药物，所述药物为化疗药物、抗肿瘤中药、抗神经退行性疾病的药物或抗炎药物，所述化疗药物包括烷基化剂、抗生素类药物、植物碱类药物或放射性药物；所述的抗神经退行性疾病的药物包括神经递质类药物、多巴胺受体激动剂、神经中枢抗胆碱药、胆碱受体激动剂类药物、5-羟色胺系统药物、gaba能系统药物或谷氨酸能系统药物；所述的抗肿瘤中药包括γ分泌酶抑制剂。

11、优选的，所述的烷基化剂包括顺铂、卡铂、奥沙利铂、洛铂及其衍生物中的一种或几种；所述的抗生素类药物包括阿霉素、伊达比星、表柔比星中的一种或几种；所述的植物碱类药物包括长春花碱、喜树碱、鬼臼毒素中的一种或几种；所述的放射性药物包括225ac、177lu、131i、89sr、32p、153sm中的一种或几种；所述的神经递质类药物如碳多奈哌齐、加兰他敏、利斯的明、酰胆碱、阿托品、东莨菪碱、多巴胺及其衍生物；所述的多巴胺受体激动剂包括左旋多巴、普拉克索、阿扑吗啡等麦角碱类衍生物或非麦角碱类衍生物中的一种或几种；所述的神经中枢抗胆碱药包括氟哌啶醇、苯扎托品或丙环定；所述的胆碱受体激动剂类药物包括毒蕈碱、毛果芸香碱或伐尼克兰；所述的5-羟色胺系统药物包括氟西汀、舍曲林、舒马普坦、丁螺环酮、昂丹司琼、米氮平中的一种或几种；所述的gaba能系统药物包括地西泮、劳拉西泮、苯巴比妥、噻加宾、丙戊酸钠中的一种或几种；谷氨酸能系统药物包括美金刚、氯胺酮、吡仑帕奈中的一种或几种；γ分泌酶抑制剂为双氟酮类。

12、本发明的第五目的是提供所述的细菌铁蛋白688或所述的笼状蛋白在制备药物、诊断试剂和/或示踪试剂中的用途。

13、优选的，所述药物为治疗自炎性病症、血管生成病症、结核病、hiv、卡波西肉瘤、阿尔兹海默症、类风湿性关节炎、易损斑块薄纤维-粥样斑、多发性硬化症或肿瘤的药物；所述肿瘤选自淋巴瘤、白血病、乳腺癌、食管癌、胃癌、卵巢癌、皮肤癌、结直肠癌、肺癌、膀胱癌、胰腺癌、肾癌、头颈癌、肾上腺皮质癌、肝癌、脑癌、子宫癌、胆管癌、肉瘤、胆囊癌、宫颈癌、前列腺癌、甲状腺癌、横纹肌样瘤、骨癌、骨髓瘤、睾丸癌或其转移癌；

14、所述诊断试剂为诊断肿瘤、自炎性病症、血管生成病症、结核病、hiv、阿尔兹海默症、类风湿性关节炎、易损斑块薄纤维-粥样斑、多发性硬化症或肿瘤的试剂；所述肿瘤选自淋巴瘤、白血病、乳腺癌、食管癌、胃癌、卵巢癌、皮肤癌、结直肠癌、肺癌、膀胱癌、胰腺癌、肾癌、头颈癌、肾上腺皮质癌、肝癌、脑癌、子宫癌、胆管癌、肉瘤、胆囊癌、宫颈癌、前列腺癌、甲状腺癌、横纹肌样瘤、骨癌、骨髓瘤、睾丸癌或其转移癌；

15、所述示踪试剂为肿瘤示踪试剂，所述肿瘤选自淋巴瘤、白血病、乳腺癌、食管癌、胃癌、卵巢癌、皮肤癌、结直肠癌、肺癌、膀胱癌、胰腺癌、肾癌、头颈癌、肾上腺皮质癌、肝癌、脑癌、子宫癌、胆管癌、肉瘤、胆囊癌、宫颈癌、前列腺癌、甲状腺癌、横纹肌样瘤、骨癌、骨髓瘤、睾丸癌或其转移癌。

16、本发明的有益效果是：

17、（1）本发明提供了一种细菌铁蛋白688，其氨基酸序列如seq id no.1所示，核苷酸序列如seq id no.2所示，具有的独特结构，不仅能够特异性靶向人转铁蛋白受体1，而且能够穿越血脑屏障，可用于药物的靶向递送，减少药物对正常细胞的毒性，提高药物的治疗效果。

18、（2）本发明提供的细菌铁蛋白688能够自组装形成纳米颗粒内腔容量大，能够实现超过150个分子/铁蛋白的载药容量。

19、（3）本发明提供的细菌铁蛋白688自组装形成纳米颗粒在较宽范围ph条件下均能保持稳定的纳米颗粒结构，适合在复杂的生理环境中应用。

20、（4）细菌铁蛋白688能够在大肠杆菌等原核表达载体中高效表达，并通过简单的纯化步骤获得高纯度的纳米颗粒，便于后续的药物负载和应用。

21、（5）细菌铁蛋白688与tfr1存在较强互作。

22、（6）细菌铁蛋白688通过tfr1跨越细胞膜，与细胞核周围的溶酶体产生了强烈的共定位，证明ftn688蛋白可以通过tfr1跨越细胞膜，以内吞途径有效进入panc-1细胞。结合酵母双杂结果，证明ftn688可以通过tfr1介导的内吞作用被高表达tfr1肿瘤细胞摄取，将装载的dox、顺铂等抗肿瘤药递送至肿瘤细胞，实现对肿瘤细胞的靶向杀伤，而对正常细胞无影响。

23、（7）细菌铁蛋白688不仅可以负载单一药物、诊断试剂/示踪试剂，还可以同时负载多种抗肿瘤药物或示踪试剂，具有协同治疗效果或诊断效果。