導讀

近日，蘭州大學藥學院、稀有同位素前沿科學中心王東升教授團隊承擔的甘肅省重大科技專項-A型肉毒毒素工程化優(yōu)化改造項目取得重要進展。團隊解析出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)進行蛋白工程改造，通過提高毒素與受體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)表在國際TOP期刊 Advanced Science《先進科學》（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)肉毒毒素擴散毒性

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)疾病以及美學相關疾病。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致輕度以至嚴重的副作用。一般來說，大多數(shù)局部不良反應短暫且可控，少見系統(tǒng)性并發(fā)癥，但過量使用引起的非特異性彌散可能危及生命。由注射點擴散引起的副作用會影響毒素治療的整體效果，在高劑量毒素應用時尤為明顯，因此減少彌散度及降低藥物使用劑量是提升肉毒毒素藥物益處/風險比的首選策略——該研究通過蛋白工程改造提高A型肉毒毒素與其受體SV2蛋白的結(jié)合親和力，通過解決非特異毒素擴散問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

研究團隊應用冷凍電鏡技術在生理pH 7.4條件下解析了全長A型肉毒毒素的開放構(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)合的開放構(gòu)象是活性肉毒毒素的存在形式。

來源于文中Figure 1&2

三、A型肉毒毒素蛋白工程改造

研究團隊以冷凍電鏡解析的活性肉毒毒素結(jié)構(gòu)為依據(jù)，通過ScanNet預測結(jié)合概率，鑒定出毒素重鏈結(jié)合域（Hc/A）與SV2C相互作用的關鍵殘基S1142、M1144、T1146等位點，以此設計飽和突變文庫，通過細菌腺苷酸環(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，與細胞結(jié)合能力（Neuro-2a細胞, 原代神經(jīng)元細胞）和SNAP25蛋白酶切效率（原代神經(jīng)元細胞）增強3倍以上，使得毒素更快、更高效地靶向神經(jīng)末梢。

來源于文中Figure 4&5

五、非特異性擴散降低、治療效果提高

PET/CT顯像的動物局部肌肉注射毒素試驗、具有臨床相關性的DAS療效測試以及淀粉-碘化鉀汗腺分泌效果測試均顯示，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用潛力。

來源于文中Figure 6

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