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(xué)相關(guān)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(dǎo)致輕度以至嚴(yán)重的副作用。一般來說，大多數(shù)局部不良反應(yīng)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(yīng)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(fēng)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?wèi)?yīng)用冷凍電鏡技術(shù)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(yù)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(guān)鍵殘基S1142、M1144、T1146等位點，以此設(shè)計飽和突變文庫，通過細(xì)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(xì)胞結(jié)合能力（Neuro-2a細(xì)胞, 原代神經(jīng)元細(xì)胞）和SNAP25蛋白酶切效率（原代神經(jīng)元細(xì)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(guān)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(chǔ)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(yīng)用潛力。

來源于文中Figure 6

本研究蘭州大學(xué)為第一完成單位，蘭州大學(xué)藥學(xué)院、稀有同位素前沿科學(xué)中心博士研究生王文瑞及物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院碩士研究生扎西澤讓和蘭州大學(xué)藥學(xué)院碩士研究生尤林錦為本文共同第一作者，蘭州大學(xué)藥學(xué)院、稀有同位素前沿科學(xué)中心王東升教授、支德娟教授以及蘭州大學(xué)物理學(xué)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(xué)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(xué)基金以及中國生物-蘭州生物-蘭州大學(xué)神經(jīng)疾病藥物聯(lián)合研究中心的大力支持。