一种细菌铁蛋白780及其应用

本发明涉及医药，具体涉及一种细菌铁蛋白780及其应用。

背景技术：

1、

acidithiobacillus ferriphilus（嗜铁酸硫杆菌）为革兰氏阴性化能自养细菌，隶属于酸硫杆菌属。细胞呈杆状、具运动性，无芽孢无荚膜，最适生长ph约2.0、温度30℃，兼性厌氧，能氧化fe²+及还原态无机硫获取能量，部分菌株具固氮能力。基因组约2.5mb，含砷、铜等多重金属抗性基因及sox、soe、hdr等硫氧化关键基因簇。该细菌可快速氧化fe²+生成fe³+，对闪锌矿、毒砂等具有浸出作用，在生物冶金及酸性矿山环境治理领域具有应用潜力。

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。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、我们从

acidithiobacillus ferriphilus中发现了一种细菌铁蛋白780。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780的一级结构较短，仅为147个氨基酸左右。细菌铁蛋白780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780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780，所述的细菌铁蛋白780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780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的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.全基因合成his-sumo-ftn780，所述his-sumo-ftn780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-ftn780，酶切后ftn780自组装为ftn780-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780。

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780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780，其氨基酸序列如seq id no.1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780能够自组装形成纳米颗粒内腔容量大，能够实现超过200个分子/铁蛋白的载药容量。

19、（3）本发明提供的细菌铁蛋白780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780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780野生型具有较强的相互作用。细菌铁蛋白780能够与tfr1较强互作，能够用于药物的靶向递送。

22、（6）细菌铁蛋白780蛋白通过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ftn780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，证明细菌铁蛋白780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780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。