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武汉病毒所在蛋白纳米笼嵌套组装及通透性研究方面取得进展

PNC 纳米笼嵌套组装

中国科学院武汉病毒研究所

04/03

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近日，中国科学院武汉病毒研究所李峰团队与深圳理工大学张先恩团队、南京邮电大学范曲立团队合作，在国际学术期刊Nano Letters发表了一项题为“Assembly of Matryoshka-Type Protein Nanocages for Compartmentalized Oxygen Sensing”的研究工作。该研究实现了双层蛋白纳米笼（Protein nanocage, PNC）结构的嵌套组装，发展了PNC内腔氧传感新方法，并揭示了不同天然PNC的氧通透性特征。

PNC广泛存在于生物界，是由蛋白亚基通过精确有序自组装形成的笼形纳米结构（如病毒衣壳、铁蛋白等），是限域催化、靶向递送、纳米疫苗等前沿领域的理想平台。PNC的多孔性可赋予其选择性物质通透性从而精确调控功能。其中，PNC的可控氧气通透性为氧敏感或氧响应型催化、药物递送、传感等应用提供了可能，近年来越发受到关注。然而，如何定量评价和精确调控PNC的氧气通透性目前还十分挑战。

李峰团队与合作者前期以氧敏感量子点（Quantum dot, QD）为纳米模板，通过QD-蛋白互作界面设计组装了人工PNC，提出了基于QD荧光淬灭动力学的氧传感方法（PNAS 2022, 119: e2104964119）。但QD与PNC内表面的强相互作用会引起PNC结构变形，容易使PNC氧通透性分析结果失真。在最新的研究中，他们模仿俄罗斯套娃玩具，利用界面电荷互补和分子识别设计，兼顾内外壳层尺寸适配，成功组装了组分可调的双层嵌套结构，即1个外层PNC包装1个内层PNC，后者作为载体将氧敏感铱配合物探针精准引入外层PNC内腔，实现了对外层PNC内腔氧气的高保真定量检测，揭示了噬菌体MS2 病毒样颗粒（Virus-like particle, VLP）完全透氧、海栖热袍菌(Thermotoga maritima)纳米区室蛋白（Encapsulin）完全隔氧的特性。该研究为PNC氧通透性分析和调控提供了方法学支撑，为氧敏感或氧响应型PNC酶反应器、人工细胞器等功能结构的设计提供了理论依据；可调嵌套PNC对纳米疫苗、分级药物递释系统的构建也有借鉴意义（Nano Lett. 2025, 25: 4433）。

武汉病毒所李峰研究员、深圳理工大学张先恩研究员、南京邮电大学范曲立教授为论文共同通讯作者，武汉病毒所博士研究生周维、博士后高瑞敏以及江苏海洋大学马少杰副教授为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。