蛋白类诊疗分子（proteintheranostics）集诊断和治疗为一体，是一种新型的多功能蛋白药物型态，在重大疾病尤其是恶性肿瘤的诊治方面具有广泛的应用前景。然而，这类多组件蛋白分子的制备合成是一项极具挑战性的工作。近日，新加坡南洋理工大学的刘传法（LiuChuan-Fa）教授、谈秉军（JamesP.Tam）教授与JulienLescar教授课题组在《Theranostics》杂志上报道了一种简易高效的酶化学方法，为此类蛋白药物的开发提供了一条可工业化生产的全新途径。

与基于纳米材料的诊疗药物相比，蛋白诊疗药物具有确定的化学组成，结构也相对简单。同时因为比纳米材料小很多，其对实体肿瘤等病变组织的穿透能力更强，所以在临床转化、成药性方面更具优势。理想情况下，此类蛋白诊疗药物的合成应以常规重组蛋白（如单克隆抗体、单链抗体及相关单抗衍生物）为起始原料，通过两步修饰反应，分别引入具有诊断和治疗功能的两种有效载荷。但是，用现有的化学方法很难在同一个蛋白质分子上同时特异性地定点引入两种不同的修饰。

新加坡南洋理工大学团队在大量前期工作的基础上发现两个高效的多肽联结酶可被用来对蛋白分子进行双重修饰。这两个酶一个是蝶豆粘酶（butelase-1），另一个是紫花地丁粘酶（VyPAL2），都是之前该团队成员从蝶豆和紫花地丁的花朵里分别提取发现的。这是两个催化作用极强的多肽联结酶。转肽酶(Sortase）曾经是标杆性的多肽联结酶，而蝶豆粘酶和紫花地丁粘酶的活性分别是转肽酶的二万和六千倍左右。两个酶虽然都催化天冬酰胺肽键形成的多肽联结反应，但它们的底物识别特异性还是有不小的差别。所以，只要底物序列选择合适，两个酶就可在互不影响的情况下修饰同一个蛋白分子，引入两种不同的功能部件。也就是说，这两种酶可以一前一后性地作用于同一个蛋白分子，分别在其氨基端和羧基端上引入两种不同的修饰，因而是制备蛋白质诊疗药物的有效工具。

图1.紫花地丁粘酶（VyPAL2）和蝶豆粘酶（butelase-1）可在互不影响的情况下分别修饰同一蛋白分子的N端与C端，引入具诊断与治疗作用的功能部件或合成带有特殊标记的环状蛋白。

由上可见，蝶豆粘酶和紫花地丁粘酶不同的底物特异性铸就了这个酶化学方法的基础。为了证实该方法的可行性，作者以一个叫亲和体的抗体模拟蛋白为模型分子，用他们的双酶联用法对其进行了修饰。这个亲和体蛋白的作用对象是表皮生长因子受体（epidermalgrowthfactorreceptororEGFR），而该受体在数种癌细胞中都有超高的表达，是目前多个抗癌药的靶点。作者发现，这个双酶驱动的修饰反应可双向进行，也就是说既可从N端开始（N-to-C）也可以从C端开始（C-to-N），两个方向都得到同样的产物。由此，他们在这个亲和体蛋白的C端引入了具有细胞裂解活性的kla多肽，在其N端标记上具有检测功能的荧光分子。此外，作者也合成了偶联上小分子抗癌药阿霉素（Doxorubicin）的环状亲和体蛋白，这是一种全新的环状蛋白-药物偶联体（cycloprotein-drugconjugate）。最后，作者对双修饰的亲和体蛋白和环状亲和体-阿霉素偶联体进行细胞成像分析和抗癌药物效果测试，发现它们对EGFR阳性的癌细胞具有和未修饰亲和体蛋白相同的亲和活性，荧光标记也使其有很好的成像效果，而且它们的抗癌效果比游离的kla多肽和阿霉素分别增强了约倍和10倍。

南洋理工大学生物科学学院的刘传法教授和谈秉军教授为文章的共同通讯作者，课题组博士生王珍和张丁鹏为文章的并列第一作者。

参考文献：

ZhenWang,DingpengZhang,XinyaHemu,SideHu,JanetTo,XiaohongZhang,JulienLescar,JamesP.Tam,andChuan-FaLiu.Engineeringproteintheranosticsusingbio-orthogonalasparaginylpeptideligases.Theranostics;11(12):-.

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