蔡宇伽团队Cell子刊特邀述评：细菌分子注射器技术与药物递送

近日，上海交通大学系统生物医学研究院蔡宇伽团队（第一作者为硕士生陆斯瑽）在 Cell 子刊 Cell Host ＆ Microbe 发表了题为：Bacterial Molecular Syringe for Drug Delivery （用于药物递送的细菌分子注射器）特邀述评（Preview）。

该文对张锋教授团队于2023年3月29日在 Nature 论文报道的一种可以靶向人体细胞的可编程蛋白质递送技术（Programmable protein delivery with a bacterial contractile injection system）进行了系统介绍，论述了细菌分子注射器的发展背景，详细解读了其工作原理，开发过程，功能应用，并展望其未来发展方向和应用前景。

高效的细胞靶向递送向来是新药研发的一大难关，诸如蛋白质及mRNA等较大的分子往往难以通过细胞膜。微生物如细菌和病毒由于具备高效穿过细胞膜的能力，常被改造为药物递送载体。

最近，部分胞外可收缩注射系统（extracellular contractile injection systems，eCISs）被证明可以向小鼠细胞递送蛋白质，具有成为新型药物递送载体的潜质。eCIS是内共生菌用以向宿主细胞递送蛋白质因子的一种形似噬菌体尾部的大分子蛋白质注射器。通过改造eCIS中的一种发光杆菌毒力装置（Photorhabdus virulence cassette，PVC）尾部纤维上的识别结构域，可以使其靶向指定的细胞型，实现具有细胞靶向性的目标蛋白递送。

将编码PVC蛋白衣壳及编码货物蛋白的两种质粒共同转化入大肠杆菌即可生产PVC粒子。体外实验证明了该系统可以在保持蛋白质功能性的同时高效且特异地对多种人类细胞系完成递送。在体内研究中，小鼠的颅内注射实验展示了该系统在小鼠中枢神经系统中对神经元细胞的有效递送，证明了该系统应用于人体的潜力。

总的来说，这项研究将PVC设计成一个分子注射器系统，可以很容易地重新编程以携带感兴趣的蛋白质有效载荷并靶向特定的细胞类型，为多种研究和应用领域提供蛋白质递送的新工具。

然而，对于这种新兴工具的应用仍然存在着问题，有待后续研究来进一步解答。例如，如果采用全身注射PVC，是否会引起严重的免疫反应？此外，PVC是否可以运送更大的基因组编辑器，例如碱基编辑器和Prime编辑器？是否可以重新设计PVC以传递 mRNA？等。对这些问题的探索可以进一步推进分子注射器的开发，以实现更广泛的应用和未来的临床试验。

蔡宇伽教授长期从事新型递送技术研究，开发了原创性的类病毒体VLP递送技术，实现了高效、安全的体内基因编辑，并在多种疾病的动物模型上证明了其转化潜力（蔡宇伽团队开发我国首个原创基因治疗载体：类病毒体）；发明了VLP递送CRISPR清除体内潜伏HSV-1病毒，治疗病毒性角膜炎的HELP技术（蔡宇伽团队发布首个基于类病毒-mRNA技术的体内基因编辑的临床前研究）。相关科研转化成果已于2023年4月获得CDE的IND批件（国内首个体内基因编辑IND），进入了临床研究阶段。