一种细菌铁蛋白193及其应用

本发明涉及医药，具体涉及一种细菌铁蛋白193及其应用。

背景技术：

1、acidithiobacillus ferrivorans 是一类专性嗜酸、耐冷型化能无机自养细菌，属于γ-变形菌纲（gammaproteobacteria）。该菌能够在低温（4℃）与强酸（ph 4.0）双重胁迫下高效氧化二价铁和还原态硫化物，是寒冷地区酸性矿山排水（amd）生态系统与低温生物冶金过程中的关键初级生产者。其广泛分布于低温amd、高纬度生物浸矿堆场及极地矿区等极端生境中，在低温酸性生态系统的生物地球化学循环中扮演着核心角色。a.ferrivorans以二氧化碳为唯一碳源进行严格化能自养生长，凭借其对低温与高酸双重胁迫的独特生理与基因组适应机制，已成为寒冷地区生物冶金与 amd 原位修复的关键功能菌。其介导的 fe(ii) 生物氧化过程不仅加速了酸性环境的演化，还能驱动三价铁水解产物的快速生成，进而通过表面吸附与共沉淀作用固定砷、铜、锌等有毒重金属，在矿区污染控制与有价金属资源回收中具有重要生态与工程价值。

2、与多数铁代谢活跃型细菌类似，a. ferrivorans在应对高浓度游离铁与强氧化应激的微环境中，高度依赖其内源性铁蛋白（细菌铁蛋白/含血红素铁蛋白）进行铁的解毒、储存与循环利用。经典细菌铁蛋白通常由24个相同或高度同源的亚基自组装形成高度对称的中空球状纳米笼，其壳体表面沿4重、3重及2重对称轴分布有天然亲水通道，允许小分子药物、金属离子、核酸或显影剂等自由进出。借助体外解聚-重组、ph梯度法、尿素变性法或温度诱导法等策略，可将治疗性或诊断性分子精准装载于其空腔内。凭借其优异的生物相容性、明确的自组装特性、表面易修饰性以及潜在的跨生物屏障能力，源自极端环境微生物的铁蛋白及其工程化衍生物正逐渐成为纳米药物递送、分子影像示踪与靶向诊疗的理想平台。

3、当前已应用于医药领域的铁蛋白载体主要涵盖人源、马脾源、幽门螺杆菌源及嗜热古菌源等，其应用场景已扩展至抗肿瘤治疗、基因递送、分子成像、新型疫苗开发，以及炎症与退行性疾病的诊疗或预防。然而，尽管嗜酸/耐冷细菌来源的铁蛋白展现出独特的环境稳定性与结构刚性，当前已公开的各类铁蛋白在实际应用中仍存在以下共性缺陷：（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，这些方法普遍伴随蛋白部分变性、回收率下降等问题，且铁蛋白内腔的理化微环境、孔道尺寸及载药策略的选择，也会显著限制可装载药物分子（尤其是大分子、疏水性化合物或复杂核酸）的类型与装载量范围；（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（tfr）或其他疾病特异性受体的天然亲和力，这极大制约了其在临床治疗（尤其是实体瘤穿透、血脑屏障跨越或需要主动靶向递送的复杂场景）中的应用潜力。

4、针对上述技术问题，本发明从acidithiobacillus ferrivorans中发现了一种细菌铁蛋白193。相比于哺乳动物铁蛋白和已发现的细菌铁蛋白，我们发现细菌铁蛋白193的一级结构较短，仅为147个氨基酸左右。细菌铁蛋白193的三级结构存在与哺乳动物铁蛋白和细菌铁蛋白相似的四螺旋束，但是缺失了e螺旋结构，但是其具有特异性靶向结合人转铁蛋白受体的能力，能够实现药物分子的靶向递送。细菌铁蛋白193凭借其独特的结构和功能特性，有望为解决铁蛋白载药效率和靶向递送问题提供新的思路，成为新的药物靶向递送载体。

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193，所述的细菌铁蛋白193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193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193的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.全基因合成his-ftn193，所述his-ftn193的核苷酸序列如seq id no.4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，获得细菌铁蛋白193，细菌铁蛋白193自组装为ftn193-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193。

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193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、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：（1）本发明提供的细菌铁蛋白193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。

17、（2）本发明提供的细菌铁蛋白193能够自组装形成纳米颗粒内腔容量大，能够实现超过100个分子/铁蛋白的载药容量。

18、（3）本发明提供的细菌铁蛋白193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。

19、（4）细菌铁蛋白193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。

20、（5）细菌铁蛋白193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。