一种细菌铁蛋白310及其应用

本发明涉及医药，具体涉及一种细菌铁蛋白及其应用。

背景技术：

1、

acidithiobacillus ferriphilus是一种革兰氏阴性、化能自养的嗜酸细菌，属于酸硫杆菌属。该菌细胞呈杆状，具有运动能力，不形成芽孢或荚膜；其最适生长条件为ph约2.0、温度约30 ℃，属于兼性厌氧微生物，可通过氧化fe²+以及还原态无机硫化合物获得生长所需能量，部分菌株还具有固氮功能。其基因组大小约为2.5 mb，包含针对砷、铜等多种重金属的抗性基因簇，以及硫氧化关键基因簇（如sox、soe、hdr等）。该细菌对fe²+的氧化效率可达0.361 g/(l·h)，能够快速将fe²+转化为fe³+，并已证实对闪锌矿、毒砂等多种硫化矿物具有生物浸出能力。鉴于上述代谢特性与浸矿能力，该菌在生物冶金及酸性矿山环境治理领域展现出良好的应用潜力。

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的球形笼状结构，其表面分布着天然通道，允许小分子自由出入。目前，药物、核酸分子及显影剂等可通过扩散法、ph调控法、尿素处理法或温度孵育法装载至其内部空腔。铁蛋白凭借其优异的生物相容性、表面可修饰性、靶向递送潜力以及跨越血脑屏障的能力，在纳米药物与示踪剂开发中受到广泛关注，已被视为极具前景的载体平台。当前应用于医药领域的铁蛋白主要包括人源重链铁蛋白、马脾铁蛋白、幽门螺杆菌铁蛋白以及嗜热火球菌铁蛋白等；其应用范围已拓展至抗肿瘤治疗、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、然而，目前已公开的铁蛋白类型在实际应用中仍面临若干关键瓶颈：1. 载药效率与通用性受限——铁蛋白的载药通常依赖ph调控法、尿素处理法或温度孵育法等方法，但此类策略普遍存在药物回收率降低的问题；同时，铁蛋白固有的空间结构特征以及所选载药方法的适用性，也显著限制了可装载药物的种类与分子类型。2. 靶向能力不足——除人重链铁蛋白可借助其与转铁蛋白受体的天然亲和力实现主动靶向之外，目前已报道的绝大多数细菌铁蛋白均缺乏与人转铁蛋白受体结合的能力，这严重限制了它们在临床治疗场景（尤其是对主动靶向递送具有刚性需求的领域）中的转化应用。

4、我们从

acidithiobacillus ferriphilus中发现了一种细菌铁蛋白310。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310的一级结构较短，仅为144个氨基酸左右。细菌铁蛋白310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310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310，所述的细菌铁蛋白310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310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-ftn310，所述his-sumo-ftn310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-ftn310，酶切后ftn310自组装为ftn310-nps。

7、本发明的第四目的是提供一种笼状蛋白，其特征在于，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310。

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：（1）本发明提供一种细菌铁蛋白310，其氨基酸序列如seqid 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。

17、（2）本发明提供的细菌铁蛋白310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。

18、（3）本发明提供的细菌铁蛋白310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310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）ftn310蛋白可以通过tfr1跨越细胞膜，以内吞途径有效进入panc-02细胞。结合酵母双杂结果，证明ftn310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。

21、（6）ftn310能够与tfr1较强互作。

22、（7）细菌铁蛋白310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。