導(dǎo)讀

近日，蘭州大學(xué)藥學(xué)院、稀有同位素前沿科學(xué)中心王東升教授團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的甘肅省重大科技專(zhuān)項(xiàng)-A型肉毒毒素工程化優(yōu)化改造項(xiàng)目取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)解析出2.8埃分辨率的A型肉毒毒素冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，并基于處于open 活性狀態(tài)的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行蛋白工程改造，通過(guò)提高毒素與受體SV2C蛋白的親和力，優(yōu)化其治療效果與安全性。該研究成果發(fā)表在國(guó)際TOP期刊 Advanced Science《先進(jìn)科學(xué)》（2025年影響因子14.1，中科院SCI一區(qū)Top期刊，https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202516713）。

一、傳統(tǒng)肉毒毒素?cái)U(kuò)散毒性

A型肉毒桿菌神經(jīng)毒素（BoNT/A）已被廣泛用于治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及美學(xué)相關(guān)疾病。然而，傳統(tǒng)A型肉毒毒素與其受體SV2C蛋白之間的結(jié)合親和力不足可能導(dǎo)致輕度以至嚴(yán)重的副作用。一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)局部不良反應(yīng)短暫且可控，少見(jiàn)系統(tǒng)性并發(fā)癥，但過(guò)量使用引起的非特異性彌散可能危及生命。由注射點(diǎn)擴(kuò)散引起的副作用會(huì)影響毒素治療的整體效果，在高劑量毒素應(yīng)用時(shí)尤為明顯，因此減少?gòu)浬⒍燃敖档退幬锸褂脛┝渴翘嵘舛径舅厮幬镆嫣?風(fēng)險(xiǎn)比的首選策略——該研究通過(guò)蛋白工程改造提高A型肉毒毒素與其受體SV2蛋白的結(jié)合親和力，通過(guò)解決非特異毒素?cái)U(kuò)散問(wèn)題減少注射劑量從而提升治療效果。

二、A型肉毒毒素冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析

研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用冷凍電鏡技術(shù)在生理pH 7.4條件下解析了全長(zhǎng)A型肉毒毒素的開(kāi)放構(gòu)象（分辨率~2.85 ?）和半閉合構(gòu)象（分辨率~2.80 ?），確定了能夠與受體蛋白結(jié)合的開(kāi)放構(gòu)象是活性肉毒毒素的存在形式。

來(lái)源于文中Figure 1&2

三、A型肉毒毒素蛋白工程改造

研究團(tuán)隊(duì)以冷凍電鏡解析的活性肉毒毒素結(jié)構(gòu)為依據(jù)，通過(guò)ScanNet預(yù)測(cè)結(jié)合概率，鑒定出毒素重鏈結(jié)合域（Hc/A）與SV2C相互作用的關(guān)鍵殘基S1142、M1144、T1146等位點(diǎn)，以此設(shè)計(jì)飽和突變文庫(kù)，通過(guò)細(xì)菌腺苷酸環(huán)化酶雙雜交（BACTH）系統(tǒng)篩選出親和力提升的工程化突變體VLTS。

來(lái)源于文中Figure 3

四、工程化A型肉毒毒素VLTS與受體親和力及活性提高3倍以上

相比于傳統(tǒng)A型肉毒毒素，工程化改造后A型肉毒毒素VLTS與其受體SV2C結(jié)合親和力顯著提升，與細(xì)胞結(jié)合能力（Neuro-2a細(xì)胞, 原代神經(jīng)元細(xì)胞）和SNAP25蛋白酶切效率（原代神經(jīng)元細(xì)胞）增強(qiáng)3倍以上，使得毒素更快、更高效地靶向神經(jīng)末梢。

來(lái)源于文中Figure 4&5

五、非特異性擴(kuò)散降低、治療效果提高

PET/CT顯像的動(dòng)物局部肌肉注射毒素試驗(yàn)、具有臨床相關(guān)性的DAS療效測(cè)試以及淀粉-碘化鉀汗腺分泌效果測(cè)試均顯示，工程化改造的BoNT/A-VLTS更加顯著集中于注射部位，具有較小的彌散度，從而在藥效提高的基礎(chǔ)上降低了傳統(tǒng)毒素致死性及副作用，具有更廣闊的臨床應(yīng)用潛力。

來(lái)源于文中Figure 6

本研究蘭州大學(xué)為第一完成單位，蘭州大學(xué)藥學(xué)院、稀有同位素前沿科學(xué)中心博士研究生王文瑞及物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院碩士研究生扎西澤讓和蘭州大學(xué)藥學(xué)院碩士研究生尤林錦為本文共同第一作者，蘭州大學(xué)藥學(xué)院、稀有同位素前沿科學(xué)中心王東升教授、支德娟教授以及蘭州大學(xué)物理學(xué)院雷東升教授為本文通訊作者。甘肅省是中國(guó)肉毒毒素科學(xué)研究和藥物生產(chǎn)的策源地，本研究是甘肅省重大科技專(zhuān)項(xiàng)立項(xiàng)課題，同時(shí)也得到了國(guó)家自然科學(xué)基金以及中國(guó)生物-蘭州生物-蘭州大學(xué)神經(jīng)疾病藥物聯(lián)合研究中心的大力支持。