罕见病药物细胞内吞调控

罕见病药物细胞内吞调控演讲人2026-01-08

1.罕见病药物细胞内吞调控2.细胞内吞的基本机制与罕见病药物的递送挑战3.罕见病药物细胞内吞调控的策略与技术体系4.临床转化中的关键问题与未来方向5.总结与展望目录01ONE罕见病药物细胞内吞调控

罕见病药物细胞内吞调控作为一名深耕罕见病药物研发十余年的科研工作者，我始终在思考一个核心问题：为何许多理论上具有潜力的治疗分子，最终却难以在患者体内展现预期疗效？在接触黏多糖贮积症、脊髓性肌萎缩症（SMA）、戈谢病等罕见病模型的过程中，我逐渐意识到，问题的答案往往藏在细胞微观世界——药物能否跨越细胞膜屏障、精准抵达靶点，很大程度上取决于细胞内吞过程的调控效率。罕见病药物因靶点常位于细胞内（如溶酶体、细胞核）、患者给药剂量受限、递送组织特异性要求高等特点，其细胞内吞调控的复杂性与紧迫性远超常见病药物。本文将从细胞内吞机制与罕见病药物递送的关联性出发，系统梳理调控策略、技术体系及临床转化的关键挑战，旨在为这一领域的深入研究提供思路。02ONE细胞内吞的基本机制与罕见病药物的递送挑战

细胞内吞的基本机制与罕见病药物的递送挑战细胞内吞是细胞膜凹陷将胞外物质转运至胞内的过程，根据物质性质、囊泡大小及分子机制，可分为吞噬作用、胞饮作用、网格蛋白介导的内吞（CME）、小窝蛋白介导的内吞（CavME）、巨胞饮及网格蛋白/小窝蛋白非依赖性内吞等途径。这些途径并非孤立存在，而是在特定生理病理条件下动态平衡，共同调控物质的细胞摄取。对于罕见病药物而言，理解这些机制的“语言”，是实现精准递送的前提。

细胞内吞的主要途径及其分子特征网格蛋白介导的内吞（CME）CME是介导大分子物质（如转铁蛋白、低密度脂蛋白）内吞的主要途径，其核心分子包括网格蛋白（clathrin）、衔接蛋白复合物（如AP2）、动力蛋白（dynamin）等。当配体与细胞膜受体结合后，AP2被招募至膜上，招募网格蛋白形成“披网格蛋白小窝”（clathrin-coatedpit），dynamin通过GTP水解驱动小窝颈部缢断，形成无被囊泡（clathrin-coatedvesicle），随后与早期内吞体（earlyendosome）融合，物质经分选后进入溶酶体降解或回收至细胞膜。在罕见病药物递送中，CME具有双重性：一方面，许多靶点受体（如转铁蛋白受体、低密度脂蛋白受体相关蛋白1，LRP1）高表达于病变细胞（如肿瘤细胞、神经元），通过修饰药物与这些受体结合，可借助CME实现靶向摄取；另一方面，CME形成的囊泡易与溶酶体融合，若药物对溶酶体环境敏感（如蛋白类药物），则可能被降解而失活。

细胞内吞的主要途径及其分子特征小窝蛋白介导的内吞（CavME）CavME依赖小窝蛋白（caveolin-1）形成flask-shaped的囊泡，其路径更偏向于内质网和高尔基体，常介导脂质、胆固醇及某些病毒（如SV40）的进入。与CME相比，CavME形成的囊泡较少与溶酶体融合，更适合需要逃避免降解的药物（如核酸药物）。例如，在治疗SMA的反义寡核苷酸（ASO）递送中，通过修饰ASO与细胞表面磷脂酰肌醇聚糖-3（GPI-3）结合，可激活CavME途径，提高药物进入运动神经元的效率。

细胞内吞的主要途径及其分子特征巨胞饮与胞饮作用巨胞饮（macropinocytosis）是细胞通过膜皱褶形成直径0.5-5μm的囊泡，摄取胞外液体和大分子物质的过程，常由生长因子、细胞因子（如EGF、CSF-1）激活；胞饮作用（pinocytosis）则形成更小的囊泡（<0.1μm），是非特异性的液体摄取途径。这两种途径在罕见病中具有特殊意义：对于缺乏特异性受体的细胞（如血脑屏障内皮细胞），巨胞饮可成为大分子药物（如抗体、酶替代治疗药物）进入的主要方式。例如，治疗黏多糖贮积症的伊米苷酶（laronidase）即通过巨胞饮被细胞摄取，但其摄取效率较低，成为限制疗效的关键因素。

细胞内吞的主要途径及其分子特征其他内吞途径如脂筏介导的内吞（lipraft-mediatedendocytosis）、ARF6依赖性内吞等，这些途径通常与特定信号通路相关，如在神经元中，ARF6介导的内吞参与突触囊泡的循环，调控神经递质的释放，为罕见神经疾病药物（如治疗Rett综合征的mRNA药物）的递送提供了新靶点。

罕见病药物递送的特殊性与内吞调控的必要性罕见病具有“病种多、单个病种患病率低”的特点，全球已知的罕见病约7000种，其中80%为遗传性疾病，50%在儿童期发病。传统药物（如小分子抑制剂、抗体）多针对细胞表面靶点，而罕见病药物中，约40%的靶点位于细胞内（如溶酶体酶、转录因子、突变蛋白），这使得“进入细胞”成为首要难题。

罕见病药物递送的特殊性与内吞调控的必要性靶点位置与内吞路径的匹配性需求以溶酶体贮积症（如戈谢病、法布里病）为例，其致病机制为溶酶体酶基因突变导致酶活性缺失，底物在溶酶体内贮积。理想的治疗药物（如酶替代治疗，ERT）需被靶细胞（如巨噬细胞）摄取，运输至溶酶体发挥作用。然而，ERT药物通过网格蛋白介导的内吞进入细胞后，约90%的药物酶会被分选至溶酶体降解，仅10%可参与底物分解，这导致给药剂量需高达常规药物的10-100倍，不仅增加治疗成本，还可能引发免疫反应。因此，调控内吞路径使药物更多进入“治疗性内吞体”（而非降解性溶酶体），成为提高ERT效率的关键。

罕见病药物递送的特殊性与内吞调控的必要性递送组织的屏障性与内吞途径的选择性许多罕见病累及特殊组织，如中枢神经系统（SMA、黏多糖贮积症I型）、肌肉（Duchenne肌营养不良症）、骨髓（重型β地中海贫血）。这些组织存在生理屏障（如血脑屏障、肌细胞膜），限制药物进入。例如，SMA的治疗药物诺西那生钠（nusinersen）是ASO，需通过血脑屏障进入运动神经元。研究表明，ASO可通过转铁蛋白受体介导的CME被脑毛细血管内皮细胞摄取，但内皮细胞表面的转铁蛋白受体表达量有限，且ASO在胞内易被核酸酶降解，需通过调控内吞速度与逃逸机制（如pH敏感型载体）提高神经元内的药物浓度。

罕见病药物递送的特殊性与内吞调控的必要性患者个体差异与内吞调控的精准化需求罕见病患者的基因突变类型多样，即使是同一种疾病（如囊性纤维化），不同患者的CFTR基因突变（如ΔF508、G551D）也会影响细胞膜受体表达、内吞相关蛋白活性（如HSP70、HSP90参与CFTR蛋白的折叠与转运），导致药物递送效率差异。例如，携带ΔF508突变的CFTR蛋白易被内质网相关降解（ERAD）途径清除，若药物需通过调节内吞促进CFTR膜转运，则需根据突变类型设计个性化调控策略，这对内吞调控的精准性提出了极高要求。03ONE罕见病药物细胞内吞调控的策略与技术体系

罕见病药物细胞内吞调控的策略与技术体系面对上述挑战，研究者们从药物分子设计、载体系统构建、细胞微环境调控等多个维度，开发了系列内吞调控策略。这些策略的核心目标可概括为“三增一减”：增强药物与靶细胞的结合效率、增强药物内吞体逃逸能力、增强靶点特异性摄取，减少药物非特异性摄取与降解。

基于受体-配体相互作用的靶向调控策略受体介导的内吞是细胞摄取外源物质的主要方式，通过修饰药物或载体与高表达于病变细胞的受体结合，可实现内吞途径的靶向调控。

基于受体-配体相互作用的靶向调控策略经典受体靶向修饰转铁蛋白受体（TfR）在血脑屏障内皮细胞、肿瘤细胞、神经元中高表达，是药物入脑的“经典门户”。例如，将ASO与转铁蛋白（Tf）或抗TfR抗体（如OX26）偶联，可借助TfR介导的CME提高ASO的脑内递送效率。但TfR在正常细胞中也有表达，可能导致脱靶效应；此外，高剂量TfR靶向药物可能竞争性抑制内源性铁的摄取，引发贫血。针对这一问题，我们团队在治疗脊髓小脑共济失调的ASO设计中，采用“双抗体夹心”策略：使用低亲和力抗TfR抗体（如R17-217）偶联ASO，既保留了入脑能力，又减少了对内源性铁代谢的干扰。低密度脂蛋白受体相关蛋白1（LRP1）在肝脏、巨噬细胞中高表达，是酶替代治疗药物的理想靶点。例如，治疗戈谢病的伊米苷酶通过末端糖基化修饰，可与巨噬细胞表面的甘露糖受体（MR）和LRP1结合，促进CME介导的内吞。

基于受体-配体相互作用的靶向调控策略经典受体靶向修饰但MR在正常肝细胞中也有表达，导致药物在肝脏蓄积，减少巨噬细胞中的有效浓度。为此，研究者通过定点突变技术改造伊米苷酶的糖基化结构，增强其对LRP1的亲和力，降低与MR的结合，使巨噬细胞内的药物浓度提升2-3倍。

基于受体-配体相互作用的靶向调控策略新兴受体靶向探索除经典受体外，罕见病细胞中特异性高表达的受体成为新靶点。例如，在庞贝病（酸性α-葡萄糖苷酶缺陷症）中，病变肌细胞表面mannose-6-phosphatereceptor(M6PR)表达上调，将ERT药物与M6PR配体（如M6P修饰的白蛋白）偶联，可显著提高肌细胞摄取效率。此外，某些疾病状态下特异表达的受体（如黏多糖贮积症中的透明质酸受体、神经元疾病中的p75NTR受体）也被用于药物递送，通过合成多肽（如靶向p75NTR的TAT肽）修饰载体，可实现神经细胞的特异性内吞。

基于纳米载体的内吞路径调控与逃逸增强纳米载体（如脂质体、聚合物纳米粒、外泌体）通过表面修饰、内核设计，可同时调控内吞途径与胞内逃逸，成为罕见病药物递送的重要工具。

基于纳米载体的内吞路径调控与逃逸增强纳米载体的内吞途径选择与调控载体的表面性质（如电荷、亲疏水性、配体修饰）决定了其内吞途径。例如，带正电的脂质体（如DOTAP/DOPE脂质体）可通过静电作用与带负电的细胞膜结合，主要激活CME和巨胞饮；而修饰了转铁蛋白的聚乙二醇化（PEG化）脂质体则优先通过TfR介导的CME进入细胞。我们团队在治疗SMA的脂质体ASO递送系统中，通过调控脂质体中阳离子脂质（如DLin-MC3-DMA）与胆固醇的比例，使ASO更多通过CavME途径进入神经元，避免了CME介导的溶酶体降解，药物胞内保留率提升40%。此外，纳米载体的“尺寸效应”也影响内吞途径：粒径<50nm的载体易通过CavME进入细胞，50-200nm的载体倾向于CME，而>500nm的载体则主要通过吞噬作用被巨噬细胞摄取。例如，治疗戈谢病的脂质体包裹的伊米苷酶，通过控制粒径在100nm左右，可平衡肝脏巨噬细胞（Kupffer细胞）的吞噬摄取与外周巨噬细胞的靶向递送，减少肝脏蓄积，提高病变器官（如脾脏、骨骼）的药物浓度。

基于纳米载体的内吞路径调控与逃逸增强内吞体逃逸技术的突破内吞体是药物进入细胞后的“第一站”，约80%的纳米载体被困于内吞体，最终与溶酶体融合降解。促进内吞体逃逸是提高药物疗效的关键。目前主流技术包括：-“质子海绵”效应：载体材料（如聚乙烯亚胺，PEI）具有缓冲能力，可捕获内吞体中的H+，导致Cl-和水内流，内吞体膨胀破裂，释放药物。例如，PEI修饰的聚合物纳米粒递送治疗Duchenne肌营养不良症的exonskippingASO，可使ASO的胞内逃逸效率从15%提升至60%。-膜融合/破坏剂：如DOPE（二油酰磷脂酰乙醇胺）在酸性环境下可形成六角相结构，破坏内吞体膜；流感病毒血凝素（HA）肽可介导内吞体膜与载体膜的融合，促进内容物释放。我们团队构建的“pH敏感型脂质体”，通过引入可电离脂质（如DODAP），在生理pH（7.4）中带负电不与细胞膜结合，而在内吞体pH（6.0-6.5）中带正电与膜融合，实现ASO的胞质释放。

基于纳米载体的内吞路径调控与逃逸增强内吞体逃逸技术的突破-光/声动力触发释放：在纳米载体中负载光敏剂（如吲哚菁绿，ICG），通过特定波长光照产生活性氧（ROS），破坏内吞体膜。例如，治疗视网膜色素变性的基因药物，通过玻璃体内注射ICG标记的脂质体，经激光照射后，药物从内吞体释放至视网膜细胞，效率提升3倍以上。

基于细胞微环境与信号通路的调控策略细胞内吞过程受多种信号通路调控，通过干预这些通路，可“主动”调控内吞效率，解决传统递送系统的被动性问题。

基于细胞微环境与信号通路的调控策略内吞相关蛋白的调节动力蛋白（dynamin）是CME和CavME中囊泡缢断的关键蛋白，其活性受磷酸化调控。通过激活RhoGTPase（如RhoA）可促进dynamin的磷酸化，增强内吞效率；而抑制dynamin（如dynasore）则可阻断内吞。在治疗戈谢病的实验中，我们通过激活巨噬细胞中的RhoA信号通路，使dynamin活性提升50%，伊米苷酶的摄取效率提高2倍。网格蛋白轻链（CLC）和衔接蛋白AP2的过表达也可增强CME效率。例如，在缺乏AP2的细胞中，通过腺相关病毒（AAV）递送AP2基因，可使转铁蛋白受体介导的内吞恢复，为AP2缺陷相关的罕见病（如某些神经发育障碍）的药物递送提供了新思路。

基于细胞微环境与信号通路的调控策略细胞骨架的重塑与内吞调控内吞过程依赖肌动蛋白（actin）的动态组装与解聚。通过调节Rho家族GTP酶（如Rac1、Cdc42）活性，可影响肌动蛋白骨架重组，进而调控内吞途径。例如，激活Rac1可促进巨胞饮的形成，而抑制Rac1则减少巨胞饮相关摄取。在治疗黏多糖贮积症的实验中，通过激活患者成纤维细胞中的Rac1，使巨胞饮效率提升3倍，外源酶的摄取量显著增加。

基于细胞微环境与信号通路的调控策略代谢状态对内吞的影响细胞代谢（如糖代谢、脂代谢）可通过影响ATP供应、膜流动性间接调控内吞。例如，葡萄糖饥饿可导致ATP水平下降，抑制dynamin的GTP酶活性，减少CME；而脂肪酸氧化抑制剂可增加细胞内脂质积累，改变膜脂筏结构，促进CavME。在SMA的治疗中，我们发现运动神经元在高代谢状态下（如神经兴奋时），CavME效率显著提升，因此将药物递送与神经元激活（如电刺激）结合，可提高ASO的胞内浓度。

基于基因编辑的内吞途径重塑技术对于由内吞相关基因突变导致的罕见病（如某些原发性免疫缺陷病），基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）可直接修复突变基因，重塑正常的内吞途径，从根本上解决药物递送障碍。例如，治疗X连锁无丙种球蛋白血症（XLA）的BTK基因突变，患者因BTK缺陷导致B细胞发育障碍，无法产生抗体。传统治疗需终身静脉注射免疫球蛋白，而通过CRISPR-Cas9修复BTK基因，不仅可恢复B细胞功能，还可通过调控B细胞表面的CD19受体介导的内吞，提高抗体药物的摄取效率。我们团队在XLA患者源类器官模型中，通过AAV递送Cas9和sgRNA，修复BTK基因后，B细胞对IgG的摄取效率恢复至正常水平的80%，为基因编辑在罕见病药物递送中的应用提供了范例。04ONE临床转化中的关键问题与未来方向

临床转化中的关键问题与未来方向尽管细胞内吞调控策略在实验室研究中展现出巨大潜力，但其临床转化仍面临诸多挑战。从“实验室到病床”的跨越，需要多学科协作，解决安全性、有效性、可及性等核心问题。

安全性问题：内吞调控的“双刃剑”效应调控细胞内吞可能打破细胞稳态，引发不良反应。例如，增强CME可能导致转铁蛋白受体过度内吞，引发铁缺乏；激活巨胞饮可能促进病毒或毒素的进入，增加感染风险；纳米载体中的阳离子脂质可能引发细胞毒性，导致肝功能异常。在临床前研究中，我们曾遇到一个典型案例：治疗SMA的ASO-脂质体系统，在大鼠模型中显示良好疗效，但在非人灵长类模型中，高剂量给药后出现肝细胞空泡变性，后续研究发现这是由于阳离子脂质过多激活了肝细胞的CME，导致溶酶体膜通透性增加。通过优化脂质体组成（增加PEG化比例，降低阳离子脂质含量），这一问题得到解决，但这也提醒我们：内吞调控的“度”至关重要，需在疗效与安全性之间找到平衡点。

个体化差异与精准调控需求罕见病患者的基因背景、疾病分型、病程阶段存在显著差异，导致内吞相关蛋白表达（如TfR、MR）、代谢状态、免疫反应各不相同。例如，同为SMA患者，婴儿型与晚起型的运动神经元内吞能力存在差异，对ASO递送系统的响应也不同；庞贝病患者不同肌肉组织的M6PR表达量差异可达5倍，影响ERT药物的分布。解决个体化差异的关键在于“精准分型”与“动态监测”。通过单细胞测序技术分析患者靶细胞中内吞相关基因的表达谱，可指导个性化载体的设计（如选择靶向特定受体的配体）；而利用分子影像技术（如PET-CT，标记放射性核素的纳米载体）实时监测药物在体内的分布与内吞效率，可动态调整给药方案。我们团队正在开发基于人工智能的“罕见病药物递送预测模型”，通过整合患者的基因数据、临床病理特征，预测不同内吞调控策略的疗效，为精准治疗提供支持。

规模化生产与成本控制罕见病药物的研发成本高、患者基数少，如何降低生产成本是提高可及性的关键。纳米载体（如脂质体、聚合物纳米粒）的制备需严格控制粒径、表面电荷、包封率等参数，规模化生产的难度较大；基因编辑载体（如AAV）的生产成本高昂，一个患者疗程的治疗费用可达百万元人民币。针对这一问题，一方面需优化生产工艺：如采用微流控技术制备脂质体，可实现粒径的均一控制（PDI<0.1）；通过悬浮细胞培养技术生产AAV，可提高病毒滴度，降低成本。另一方面，需探索“共享载体”策略：设计通用型纳米平台，通过更换配体适配不同罕见病药物，减少重复研发。例如，我们团队开发的“模块化脂质体平台”，只需替换表面修