Applications of ferritin-based delivery system in biomedical field
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摘要:
铁蛋白普遍存在于各种生物体内，负责储存过量铁以维持体内铁平衡。由于铁蛋白具有固有靶向性、天然空腔结构、可逆性自组装、高生物相容性及易被修饰等天然优势，被认为是一种理想的递送系统，广泛应用于多个领域。本文重点综述铁蛋白的生物学特性、功能化修饰、载药策略以及在药物递送、生物催化、光动力治疗、医学成像以及疫苗研究等生物医学领域中的研究进展和应用前景，为基于铁蛋白的递送系统在生物医学领域中的相关研究提供借鉴。
Abstract:Ferritin is widely present in various organisms and is responsible for storing excess iron to maintain iron balance in vivo. Due to its inherent targeting ability, natural cavity structure, reversible self-assembly, high biocompatibility, and easy modification, ferritin is considered to be an ideal delivery system, which is widely used in many fields. This review summarizes the biological characteristics, functionalization, drug loading strategies, research progress and application prospects of ferritin-based nanocarrier systems in biomedical fields, such as drug delivery, biocatalysis, photodynamic therapy, medical imaging and vaccine research, aiming to provide some reference for related biomedical research based on ferritin delivery systems.
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铁蛋白是由德国科学家Schmiedeber于1884年发现的一种能够储存铁的蛋白质。1937年，法国科学家Laufberger从马脾脏成功分离出铁蛋白，并对其进行进一步研究[1]。科学家们发现除了动物组织，铁蛋白还存在于各种细胞和体液中[2−3]，为由24个蛋白亚基自组装成外径为12 nm、内径为8 nm高度有序的笼状结构。在真核生物中，铁蛋白通常由重链铁蛋白（heavy ferritin chain, HFn，21 kD）和轻链铁蛋白（light ferritin chain, LFn，19 kD）组成[4]，其中，HFn含有铁氧酶催化中心，负责氧化Fe(Ⅱ)，而LFn则负责氧化铁的成核。在氧化应激过程中，HFn和LFn共同作用，将Fe(Ⅱ)螯合并转化为无害的Fe(Ⅲ)，进而保护细胞免受Fe(Ⅱ)的损伤[5]。铁蛋白载体是指利用铁蛋白作为载体来包裹和输送其他分子或物质的系统，目前已经被广泛应用于医学、生物学和材料科学等多个领域[6−7]。本文重点综述铁蛋白载体的生物学功能、功能化修饰、载药方式及其在药物递送、生物催化、光学治疗、医学成像及疫苗研发等方面的研究进展，为基于铁蛋白及功能化铁蛋白载体的生物医学相关领域提供参考。
1. 铁蛋白递送系统的生物学特性及功能改造
1.1 铁蛋白的固有靶向能力
转铁蛋白受体（transferrin receptor 1, TfR1）是细胞表面受体，广泛分布于多种细胞类型，负责介导转铁蛋白的摄取和内吞，其在正常细胞中的表达水平相对较低，而肿瘤细胞的TfR1表达显著上调以满足其快速生长和代谢需求[8]。由于TfR1在大部分肿瘤细胞上高表达，常被用作协助肿瘤诊断和治疗的靶点。HFn通过与肿瘤细胞上高表达的TfR1结合将其所包载的物质靶向输送到肿瘤部位，增加肿瘤细胞对药物的摄取，减少在非靶向组织的富集，从而增强治疗效果并降低不良反应。
1.2 基于化学修饰的功能化铁蛋白
由于铁蛋白作为具有中空笼状结构的蛋白，除了其固有的靶向能力，还可以通过基因工程或化学方法来对其进行修饰，以赋予更多功能。由于铁蛋白外表面具有多种易于修饰的活性基团（氨基、羧基和巯基等），基于化学方法修饰最常见的是对其外表面进行功能化修饰，使其具有更广泛的靶向性及更易于被摄取。Meng等[9]采用琥珀酸化修饰铁蛋白外表面，成功制备了包裹表儿茶素的琥珀酸化铁蛋白，极大提高了药物热稳定性和肿瘤细胞的有效摄取。Zhen等[10]在铁蛋白表面通过酰胺反应修饰RGD多肽，以靶向肿瘤表面高表达的整合素αvβ3，可实现高效载药、增加肿瘤靶向性并抑制肿瘤生长。这些基于化学修饰以增加铁蛋白靶向性的策略还可以结合具体的疾病类型和治疗需求来进一步优化，从而实现更精确和高效的药物递送。
1.3 基于基因工程的功能化铁蛋白
除了化学修饰外，还可以通过基因工程来对铁蛋白进行修饰，当前通过基因工程进行铁蛋白改造的研究主要集中在逆转铁蛋白内腔的电荷以实现核酸药物包载、增加靶向性或构建融合蛋白以增强其功能等领域。Yan团队[11]通过基因工程构建了一种基于铁蛋白的融合蛋白，并在其空腔中包载硒，以选择性杀死高表达α4β1整合素和TfR1的白血病细胞，有效诱导AML1-ETO融合基因降解而导致t(8;21)白血病细胞发生凋亡。此外，该团队还通过基因工程逆转铁蛋白内表面的负电氨基酸，成功构建了内腔带正电的铁蛋白载体以有效负载带负电的核酸[12]。Xin等[13]通过基因工程分别在人铁蛋白亚基C端融合表达PD-L1纳米抗体和N端链接T细胞激活态，并在其空腔包载铂类前药，成功构建具有PD-L1阻断、化疗和T细胞激活三位一体功能的铁蛋白功能平台，增强其抗肿瘤免疫效果。由于铁蛋白结构的独特性，通过基因工程对其进行定向改造，以具备更多的功能，满足不同实验需求，使其成为生物医学领域非常具有发展前景的纳米载体。
2. 铁蛋白载体载药策略
铁蛋白作为一种具有稳定结构的蛋白质，即使在强酸或强碱环境中（pH 2.0/pH 12.0）、高浓度变性剂（如8 mol/L尿素）以及高温（85 ℃）等极端条件下发生亚基解离变性，但当环境恢复到pH中性、置于温和的缓冲液或温度恢复室温，铁蛋白能够重新自组装成其笼状结构。铁蛋白具备的这些特性，可用作载体包载多种物质，构建具有多种功能的递送系统（图1）。
2.1 物理孵育法
由于铁蛋白表面有8个亲水通道和6个疏水通道，这为小分子药物或其他生物活性成分进入铁蛋白笼中提供了有效渠道，因此将铁蛋白直接与需包载的药物混合孵育，就能将药物包载进铁蛋白的空腔中。例如金属离子与阿霉素的配位复合物可通过铁蛋白的亲水通道而进入其内腔，形成铁蛋白-阿霉素纳米笼[14]，疏水性药物则主要利用疏水通道来进行包载[15]。随着研究的深入，有团队研究发现通过基因工程将人HFn亚基的第五螺旋替换成疏水肽-亲水肽-RGD肽功能性基序，使其保留中空结构的同时，外表面还具有多肽功能，成功构建了一个共递送亲-疏水药物（阿霉素和喜树碱）的铁蛋白体系[16]。Ahn等[17]利用E-螺旋截断的亚基和野生型铁蛋白重组，获得扩大的C4孔结构，经过处理的杂化铁蛋白通过简单孵育即可实现药物的高效包裹。但基于物理孵育法进行药物装载，存在无法装载大分子药物、载药量较低等缺点，需要摸索新的方法来提高载药量。
2.2 基于pH解聚/重组法
由于铁蛋白载体的亲疏水通道孔径有限，可以利用基于pH解聚/重组法来实现大分子药物的装载。二聚体内部单体旋转所引起的轻微膨胀可以触发铁蛋白解体，基于pH解聚/重组法的基本原理是铁蛋白在极酸或极碱条件下蛋白二聚体之间的盐桥和氢键丧失，进而随着酸碱度变化发生蛋白亚基可逆性的解聚和重组[18]。利用铁蛋白该特性，通过调节铁蛋白缓冲液pH使得其亚基解聚成单体结构，将要包载的药物与其充分混合；当将pH恢复成中性时，解聚的铁蛋白亚基自组装恢复其原有结构，从而将药物成功包载进铁蛋白载体空腔内[12, 19-20]。相较于其他载药方法，pH解聚/重组装方法是目前使用较多的载药方式，同时酸性pH诱导策略相较于碱性策略使用得更频繁，这种载药方法更适合包载在较大pH范围内稳定的大分子药物。
2.3 基于尿素梯度法
大量证据表明，铁蛋白在低浓度变性剂中结构稳定，但在高浓度变性剂中会发生蛋白质的变性。尿素分子通过干扰蛋白质间的非共价相互作用而使得蛋白质变性，并且其浓度决定了蛋白质变性程度，当尿素浓度过高时，铁蛋白的纳米笼状结构完全解聚，主要通过铁蛋白亚基重新聚集为笼状结构包载药物；当尿素浓度控制在适当浓度时，铁蛋白笼状结构并未完全解离，而是其亲疏水通道适当拓宽，使得更多药物进入其空腔内实现药物包载。Jiang等[21]先将铁蛋白溶解在8 mol/L尿素中使其完全解聚并加入阿霉素，依次在不同浓度梯度的尿素缓冲液中透析使其自组装回笼状结构，从而成功将阿霉素包载进其空腔中。Yang等[22]则发现，20 mmol/L尿素可以在不破坏红豆来源去铁蛋白的笼状结构下，将其通道扩大4倍，从而促进铁蛋白高效包载表没食子儿茶素没食子酸酯。基于尿素梯度法来包载药物具有载药量高的优势，但由于需要经历不同浓度梯度的尿素进行缓慢透析复性，工序复杂，极大降低了其载药效率，限制了其应用。
2.4 温度通道法
随着对铁蛋白结构的研究深入，发现铁蛋白在高达80 ℃时仍可以保持其笼状结构的完整性[23]，但其药物通道中氨基酸残基对环境温度变化很敏感[24]。药物通道主要是由位于铁蛋白表面二重对称轴处柔性区域内的第89~92位氨基酸及其附近的氨基酸残基组成，随着环境温度升高，89~92位氨基酸残基通过摆动远离二重对称轴，该药物通道“打开”，有利于药物进入铁蛋白空腔内；当温度恢复至室温时，该位置的氨基酸残基重新恢复到其二重轴位置，通道“关闭”，药物成功包载进空腔中[25-26]。研究发现当将阿霉素与HFn共孵育，其载药量随着温度升高而逐渐增加，在60 ℃孵育4 h后载药量最高，每个铁蛋白可以包载约90个阿霉素分子，蛋白质回收率也高达90%，并且铁蛋白结构不受影响[26]。此外，三磷酸腺苷也可以通过药物通道进入铁蛋白空腔内，并且加入Fe2+可显著提高其载药量[27]。基于温度通道法载药，相较于其他3种载药方法而言，是目前载药量最高的一种方法，但该方法不适用于对高温敏感的化合物。
3. 铁蛋白载体在生物医学领域中的应用
铁蛋白递送系统由于其结构独特性、高生物相容性和生物可降解性，具有巨大的应用前景。铁蛋白递送系统在生物医学领域的相关应用见表1。
表 1 以铁蛋白作为递送系统的生物医学研究领域 包载药物/表面修饰 铁蛋白类型 载药方法 功能应用 参考文献 药物载体 雷帕霉素和Erastin 铁蛋白 物理孵育 诱导肿瘤细胞铁死亡 [29] 光敏剂和表柔比星 马脾脏去铁蛋白 pH解聚/重组装 清除乳腺癌转移的CSCs [28] 阿霉素 热球菌铁蛋白 尿毒梯度 抑制肝癌生长及肺转移 [21] 核酸递送 siRNA 人去铁蛋白 pH解聚/重组装 免疫激活及抗炎 [35] siRNA 人重链铁蛋白 pH解聚/重组装 干扰RNA表达并抑制肿瘤生长 [36] TLR核酸配体 人铁蛋白突变体 pH解聚/重组装 抗肿瘤免疫治疗 [12] 多肽类药物 吞噬诱导肽SIRPα 铁蛋白 基因工程 肿瘤靶向治疗 [37] 多价凝块靶向肽 溶血栓铁蛋白 基因工程 靶向破坏血管中血栓 [38] 血管紧张素转换酶抑制肽 马脾脏铁蛋白 物理孵育 肠道靶向释放 [39] 生物催化 Fe3O4 人重链铁蛋白 温度通道 过氧化氢酶活性 [42] Co3O4 激烈火球菌铁蛋白 原位氧化 类过氧化物酶活性 [43] 光动力治疗 ZnF16Pc RGD修饰的铁蛋白 物理孵育 PDT治疗肿瘤 [47] ZnF16Pc FAP修饰的铁蛋白 pH解聚/重组装 选择性清除肿瘤部位CAF [48] 生物成像 68Ga 68Ga-NOTA-Tf 物理孵育 核成像 [51] 99mTc 人重链铁蛋白 物理孵育 SPECT和CT双模式成像 [52] IR820 铁蛋白 pH解聚/重组装 光声/荧光多模式成像 [54] 疫苗研发 SARs-CoV-2抗原 幽门螺杆菌铁蛋白 基因工程 SARs-CoV-2铁蛋白纳米疫苗 [57] SpyTag抗原 铁蛋白 点击连接 肿瘤个性化疫苗 [59] 甲型流感血凝素 幽门螺杆菌铁蛋白 基因工程 流感疫苗 [60] 3.1 铁蛋白载体在小分子药物递送的应用
小分子化合物通常存在溶解度低、易降解及非特异性分布等缺点，可以将其装载到铁蛋白内腔内，保护其免受体外环境降解并实现肿瘤靶向输送。目前，已经有大量基于铁蛋白包载阿霉素的研究，且其体内外抗肿瘤疗效均已被充分验证[14, 21, 28]。Li等[29]采用乳化技术制备了包载Erastin和雷帕霉素的铁蛋白纳米粒，同时诱导肿瘤细胞自噬和铁死亡，为肿瘤治疗提供了新方法。Liu等[30]开发了一种负载阿霉素的人铁蛋白复合水凝胶，提高药物在肿瘤部位蓄积及渗透，并有效诱导肿瘤细胞发生免疫原性死亡以增强其抗肿瘤效果。此外，Wang等[31]成功设计出铁预成核的铁蛋白载体，并通过配位作用高效锚定三价砷，使得药物可定位至白血病细胞的酸性溶酶体中实现特异性释放，为各种类型白血病的治疗提供指引。野生型的铁蛋白对于疏水性药物的载药量相对较低，限制了其广泛应用。Wang等[32]通过将HFn亚基的C末端与优化的疏水肽进行融合，可同时包载疏水性喜树碱和亲水性表柔比星，实现程序化药物释放，显著提高其对多种肿瘤的治疗效果。药物的性质、铁蛋白的结构以及药物与铁蛋白之间的相互作用等因素，会影响铁蛋白的包载能力和稳定性，因此，需要根据具体药物成分来进行系统优化，以确保药物的稳定性和递送效率。
3.2 铁蛋白载体在核酸类/多肽药物递送中的应用
核酸药物是指利用核酸分子作为有效药物成分，直接作用于致病靶基因或靶mRNA以实现精准治疗，疗效持久高效[33−34]。目前，核酸药物递送主要存在体内不稳定、易被免疫清除、组织渗透性差及靶向性差等困扰，从而影响其应用及转化。Li等[35]分别用未经修饰的人HFn和LFn包载小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）以保护siRNAs免受RNA酶的降解，有效抑制目的基因的表达。目前有相关研究致力于在铁蛋白外表面进行正电修饰，利用静电作用吸附核酸[36]，但可能会由于结合不牢固导致提前脱靶或被降解。由于铁蛋白内腔表面富含酸性氨基酸残基而带负电荷，Zhang等[12]通过基因工程选择性对其内表面的氨基酸进行正电突变，构建了一系列内腔正电铁蛋白，从中筛选出一个稳定性极高且核酸装载能力强的铁蛋白突变体作为核酸药物载体，并进一步证实了该铁蛋白突变体针对不同类型Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）核酸配体均表现出极高的装载能力，特异性定位靶细胞并实现高效的细胞摄取，显著增强其抗肿瘤免疫治疗效果。
小片段多肽由于具有靶向性、低毒性、高生物相容性和无免疫原性等优点，在基于受体介导的靶向药物递送系统中备受关注。负载阿霉素的铁蛋白表面修饰吞噬诱导肽SIRPα，可同时诱导肿瘤细胞凋亡和免疫原性死亡，并与SIRPα联合激活免疫系统，有效抑制黑色素瘤的生长和结直肠癌的复发，起到长效免疫监视作用[37]。Seo等[38]构建了一种表达多价凝块靶向肽（CLT：CNAGESSKNC）和微纤溶酶（μPn）的溶栓铁蛋白载体，活化的溶栓纳米笼可靶向破坏动静脉中的血栓，具有更高的疗效和安全性。Li等[39]将来自泥鳅的血管紧张素转换酶抑制肽AHLL掺入马脾脏去铁铁蛋白纳米颗粒中，并添加脱氧胆酸钠，使其能有效达到肠道并被充分吸收，为制备基于蛋白多肽载体的可生物降解胶囊领域提供指引。
3.3 铁蛋白载体在生物催化中的应用
纳米酶是一种具有类似酶活性的纳米材料，具有与天然酶相似的反应动力学和催化机制，并突破天然酶高成本、低稳定性和难以储存等限制，被应用于生物医学等领域[40]。目前纳米酶的应用仍面临着粒径不可控、靶向能力差且难以修饰等一系列问题，而对铁蛋白进行改造有望设计出包含24个催化活性部位和24个底物结合口袋的铁蛋白纳米酶，分别发挥酶活性和识别特定底物的功能，提高其催化活性[41]。Zhao等[42]发现载铁内核的人铁蛋白可穿越血脑屏障，靶向定位于脑内皮细胞胞质内并发挥其过氧化氢酶活性，进而分解由疟原虫感染所产生的过量自由基，保护血脑屏障中的内皮细胞免受损伤。该团队还通过基因工程在激烈火球菌的铁蛋白多肽N末端连接肝癌细胞特异性结合多肽SP94，并在其内核氧化Co2+形成Co3O4内核，使得该重组蛋白特异性靶向肝癌组织，并表现出强氧化酶活性[43]。基于人工金属酶的结构，Wu等[44]在铁蛋白固有的空腔中掺入各种金属以构建仿生超小纳米酶，相较于其他纳米酶具有更高的氧化还原酶催化活性和稳定性。此外，Zeng等[45]通过把血红素分子作为光敏剂结合到大肠埃希菌铁蛋白亚基间界面，同时利用铁蛋白固有的铁氧化酶能力在其空腔中制备纳米水铁矿，以实现有效催化二氧化碳还原为甲酸。
3.4 铁蛋白载体在光动力领域中的应用
光动力疗法（photodynamic therapy，PDT）是一种新型的治疗方法，主要由光敏剂、光和氧气3个组分组成，光敏剂在激光照射下被激活，产生单线态氧来杀伤肿瘤细胞[46]。临床上，光敏剂主要通过被动靶向输送至肿瘤部位，由于缺乏主动靶向能力导致肿瘤选择性差，肿瘤/正常组织的聚集率通常小于2。铁蛋白及其衍生物相较于传统的光敏剂载体，具有极高载药量和超小的后负载尺寸（小于20 nm），低免疫原性和高生物相容性，有效改善了光敏剂的药代动力学，特异性靶向肿瘤组织，使其成为一种有应用前景的新型光敏剂载体。Zhen等[47]发现RGD肽修饰的铁蛋白可以有效包裹大量的ZnF16Pc，并选择性将其输送到肿瘤细胞，以诱导有效的抗肿瘤PDT。Zhou等[48]报告了一种将光敏剂ZnF16Pc包载进铁蛋白载体的空腔，同时在铁蛋白表面化学偶联了一个针对成纤维细胞激活蛋白的单链活性片段序列，可以选择性地在肿瘤中积聚，通过PDT选择性清除肿瘤相关成纤维细胞，有效抑制肿瘤的生长及转移。Wang等[49]使用仿生矿化策略使得铁蛋白外表面长出磷酸钙外壳，以避免肝脏的截留效应，高效负载吲哚菁绿至肿瘤部位，利用PDT对抗肿瘤生长。Wu等[50]设计了一种由铁蛋白和血红蛋白组成的多功能杂化纳米平台，同时封装了光敏剂原卟啉Ⅸ和多柔比星，可有效穿越血脑屏障，并特异性在乏氧肿瘤部位蓄积，适用于乳腺癌和胶质瘤等多种肿瘤治疗。
3.5 铁蛋白载体在医学成像领域的应用
目前，铁蛋白也被广泛应用于医学成像、示踪和诊断领域。将铁蛋白与磁性材料或放射性同位素结合，通过磁共振成像或CT成像准确显示出组织或器官的位置和形态，在血管成像、肿瘤检测和神经系统相关疾病等领域具有重要的应用价值。铁蛋白也可以用来包载各种放射性元素用于CT或SPECT成像，以解决当前放射性小分子靶向性差靶、特异性低的限制[51]。Yan团队报道了99mTc标记的人HFn可以结合SPECT和CT双模式成像来识别和准确定位小鼠体内富含巨噬细胞的动脉粥样硬化斑块，为生物工程化的人铁蛋白载体识别易损和早期活动斑块及抗炎治疗效果评估奠定了基础[52]。Zhang等[53]将阿霉素包裹在铁蛋白空腔内，将放射增敏剂硫化铋纳米晶镶嵌在多肽壳上，合成了一种新型铁蛋白纳米系统，有效提高阿霉素摄取，还可以作为CT造影剂和纳米放射增敏剂用于基于影像学引导的肿瘤综合治疗。此外，在铁蛋白载体的空腔内同时包载功能性造影剂和放射性同位素等，可以实现肿瘤诊治的多模式成像[54]。总而言之，铁蛋白纳米载体在医学成像领域中可用于辅助疾病的早期诊断、治疗以及疾病发病机制的研究。随着对铁蛋白递送系统的深入研究，其在医学成像领域中的应用前景将得到进一步拓展。
3.6 铁蛋白载体在疫苗研发领域的应用
铁蛋白本身就具有一定的免疫活性，可通过激活免疫细胞、促进抗体产生等方式来增强免疫反应。此外，铁蛋白还可以用来包载疫苗抗原或佐剂，以保护抗原免受酶降解，提高其稳定性和免疫原性。目前，铁蛋白已被广泛应用于疫苗设计，涵盖多种疾病，其中在抗病毒领域研究得最为深入，已经有多项针对不同类型病毒而设计的铁蛋白疫苗[55]。针对全球新冠肺炎大流行，Ma等[56]利用SpyTag/SpyCatcher系统构建了两种结合SARS-CoV-2刺突蛋白RBD和HR抗原的铁蛋白纳米疫苗，以诱导长达3个月的中和抗体反应和T细胞免疫反应。Joyce等[57]设计了4类工程化SARS-CoV-2铁蛋白纳米颗粒免疫原，可以诱导强大的保护性中和抗体反应，并为开发泛SARS-CoV-2疫苗的免疫原设计提供了基础。Qiao等[58]通过将H3N2病毒的HA茎的A螺旋和CD螺旋融合到铁蛋白N段，成功开发出一种有效诱导免疫应答的广谱流感疫苗。近年来，基于铁蛋白的抗肿瘤疫苗也被广泛研究。Wang等[59]建立了一个SpyCatcher修饰的铁蛋白纳米平台，使得铁蛋白与含有SpyTag的肿瘤特异性抗原以点击连接方式进行共价偶联，并迅速引流到淋巴结以靶向树突状细胞，从而激活免疫系统反应并诱导强效抗肿瘤效果。Houser等[60]还进行了一项新型铁蛋白流感疫苗平台的人类首例随机开放型的Ⅰ期临床试验（NCT03186781），以评估该铁蛋白流感疫苗在健康人群中的应用情况。由于铁蛋白结构的独特性，基于铁蛋白的疫苗研究逐渐受到人们青睐，随着研究的深入，有望开发出具有临床应用价值的疫苗。
4. 总结与展望
近年来，铁蛋白具有天然笼状结构、内源靶向性、高生物相容性及易于表面修饰等优点，成为药物递送领域的极佳载体。铁蛋白内源靶向能力可实现药物在肿瘤部位的高效蓄积；此外，铁蛋白内外表面易于修饰以赋予其多功能化。到目前为止，基于铁蛋白的多功能递送系统已被广泛应用于药物递送、生物催化、医学成像及疫苗研发等多个生物医学领域。尽管铁蛋白载体已经取得了巨大成就，基于铁蛋白的递送系统仍面临以下挑战：（1）铁蛋白载体包载不同成分时，由于物理化学性质的差异，难以精准把控其载药量和包封率；（2）异源铁蛋白及其衍生物潜在的免疫原性及其在体内代谢途径缺乏深入系统的研究；（3）经修饰后的铁蛋白可能会改变其稳定性，其修饰生物活性成分后可能会增加其免疫原性；（4）由于大部分铁蛋白载体是基于基因工程构建的，提纯工序相对复杂、实施成本较高，目前所报告的基于铁蛋白载体的递送系统研究大部分仍处于基础研究阶段。随着科学技术的进步，对铁蛋白载体的研究会越来越深入，有望在疾病诊断、预防及治疗等生物医学相关领域具有巨大的潜力。
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表 1 以铁蛋白作为递送系统的生物医学研究
领域 包载药物/表面修饰 铁蛋白类型 载药方法 功能应用 参考文献 药物载体 雷帕霉素和Erastin 铁蛋白 物理孵育 诱导肿瘤细胞铁死亡 [29] 光敏剂和表柔比星 马脾脏去铁蛋白 pH解聚/重组装 清除乳腺癌转移的CSCs [28] 阿霉素 热球菌铁蛋白 尿毒梯度 抑制肝癌生长及肺转移 [21] 核酸递送 siRNA 人去铁蛋白 pH解聚/重组装 免疫激活及抗炎 [35] siRNA 人重链铁蛋白 pH解聚/重组装 干扰RNA表达并抑制肿瘤生长 [36] TLR核酸配体 人铁蛋白突变体 pH解聚/重组装 抗肿瘤免疫治疗 [12] 多肽类药物 吞噬诱导肽SIRPα 铁蛋白 基因工程 肿瘤靶向治疗 [37] 多价凝块靶向肽 溶血栓铁蛋白 基因工程 靶向破坏血管中血栓 [38] 血管紧张素转换酶抑制肽 马脾脏铁蛋白 物理孵育 肠道靶向释放 [39] 生物催化 Fe3O4 人重链铁蛋白 温度通道 过氧化氢酶活性 [42] Co3O4 激烈火球菌铁蛋白 原位氧化 类过氧化物酶活性 [43] 光动力治疗 ZnF16Pc RGD修饰的铁蛋白 物理孵育 PDT治疗肿瘤 [47] ZnF16Pc FAP修饰的铁蛋白 pH解聚/重组装 选择性清除肿瘤部位CAF [48] 生物成像 68Ga 68Ga-NOTA-Tf 物理孵育 核成像 [51] 99mTc 人重链铁蛋白 物理孵育 SPECT和CT双模式成像 [52] IR820 铁蛋白 pH解聚/重组装 光声/荧光多模式成像 [54] 疫苗研发 SARs-CoV-2抗原 幽门螺杆菌铁蛋白 基因工程 SARs-CoV-2铁蛋白纳米疫苗 [57] SpyTag抗原 铁蛋白 点击连接 肿瘤个性化疫苗 [59] 甲型流感血凝素 幽门螺杆菌铁蛋白 基因工程 流感疫苗 [60] 
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1. 叶镇宁，吴正红，张华清. 纳米递送系统介导的血脑屏障跨越策略和脑靶向药物递送研究进展. 中国药科大学学报. 2024(05): 590-602 . 
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