本文属于类型a，是一篇原创研究论文，以下是对该研究的学术报告。
一、研究作者、机构与发表信息
本研究由Ziwei Yuan、Laura Rué、Tom Jaspers、Marie-Lynn Cuypers和Maarten Dewilde共同完成。研究团队来自比利时鲁汶大学（KU Leuven – University of Leuven）的治疗与诊断抗体实验室（Laboratory for Therapeutic and Diagnostic Antibodies）以及鲁汶大学抗体中心PharmAbs。通讯作者为Maarten Dewilde。该论文发表在Frontiers in Aging Neuroscience期刊上，于2026年6月3日正式发表，论文DOI为10.3389/fnagi.2026.1839772。
二、研究背景与目的
治疗性单克隆抗体（monoclonal antibodies, mAbs）因其高选择性和强效性，在神经系统疾病治疗中展现出巨大潜力。然而，血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）严重限制了这类大分子药物进入脑实质，使得目前仅有约3%的治疗性抗体靶向中枢神经系统（central nervous system, CNS）疾病。在众多穿越血脑屏障的策略中，受体介导的转胞吞作用（receptor-mediated transcytosis, RMT）被认为是最有前景的途径之一。转铁蛋白受体1（transferrin receptor 1, TfR1）在脑微血管内皮细胞上高表达，是RMT策略中最常靶向的受体。
人源重链铁蛋白（human H-ferritin, hFn）天然通过TfR1介导的转胞吞作用穿越血脑屏障，且其与TfR1的结合位点位于顶端结构域，与内源性转铁蛋白的结合位点空间上相互独立，因此在生理条件下受循环转铁蛋白的竞争干扰较小。此外，hFn由24个亚基自组装形成笼状纳米颗粒，其外壳厚度约2 nm，内部空腔约8 nm，具备多价结合TfR1的能力，从而增强结合亲和力。基于这些特性，hFn被认为是脑靶向药物递送的理想候选平台。
本研究旨在评估hFn是否能够作为通用穿梭载体，将治疗性抗体递送入脑。为了验证这一设想，研究者选择β-分泌酶1（β-secretase 1, BACE1）作为模型靶点，因为BACE1是启动β-淀粉样蛋白（amyloid-β, Aβ）肽段生成的关键限速酶，抑制BACE1活性可降低Aβ水平。研究团队将抗BACE1单克隆抗体1a11化学偶联至hFn表面，形成1a11-hFn纳米颗粒，并在体内外系统评价其结构完整性、靶点结合能力、血脑屏障通透性以及对BACE1的抑制效果。
三、研究流程与实验方法
本研究可大致分为四个主要步骤：蛋白表达与纯化、纳米颗粒的化学偶联与表征、体外靶点结合验证、以及体内药代动力学与药效学评价。
1. hFn与1a11的表达纯化
hFn以人FTH1 cDNA为模板，通过PCR扩增并克隆至pET-30a(+)载体，转化至大肠杆菌BL21(DE3)菌株中表达。细菌经IPTG诱导后在28°C过夜培养，随后通过高压均质裂解细胞。上清液经65°C加热20分钟以去除部分杂蛋白，再利用硫酸铵沉淀、透析以及两步尺寸排阻色谱（size exclusion chromatography, SEC）进一步纯化。由于大肠杆菌表达体系会产生内毒素，纯化后的hFn还需经过Triton X-114萃取和Bio-Beads SM-2吸附处理，反复七次以去除内毒素，最终内毒素水平低于5.00 EU/ml。
1a11是一种由人源可变区与人IgG1 Fc结构域以及人κ恒定区组成的嵌合单克隆抗体。其Fc结构域引入了LALA-PG突变（L234A、L235A、P329G），以消除Fcγ受体和补体结合能力，从而避免效应功能相关的安全性问题。1a11由中国仓鼠卵巢（CHO）细胞表达并由GenScript公司完成质粒合成、表达与纯化。
2. 1a11-hFn纳米颗粒的化学偶联与表征
1a11与hFn的偶联采用异双功能交联剂NHS-PEG-Mal（5 kDa）。首先，1a11抗体上的胺基与交联剂的N-羟基琥珀酰亚胺酯（NHS）基团反应，随后hFn表面的巯基与交联剂的马来酰亚胺（Mal）基团反应，最终形成1a11-hFn纳米颗粒。反应中1a11与hFn的摩尔比为1:1。研究发现，当偶联反应中蛋白浓度较低（1 mg/ml）时，偶联效率较低；而将蛋白浓度提高至3–5 mg/ml后，SEC图谱中目标偶联物（峰1）的产量显著增加。偶联产物经SEC纯化后，通过SDS-PAGE和动态光散射（dynamic light scattering, DLS）进行表征。DLS结果显示，未偶联的hFn粒径约14.5 nm，1a11约12.8 nm，而1a11-hFn纳米复合物的流体力学尺寸约50 nm，表明偶联成功。透射电子显微镜（transmission electron microscopy, TEM）成像证实，化学修饰后hFn仍保持其中空球形纳米笼结构，部分颗粒表面可见由抗体形成的额外密度。
3. 体外靶点结合验证
利用生物层干涉术（bio-layer interferometry, BLI）验证1a11-hFn与人类BACE1（hBACE1）以及人类TfR1（hTfR1）的结合能力。将生物素化的hBACE1或hTfR1固定在链霉亲和素传感器上，依次进行结合与解离阶段监测。结果显示，所有含hFn的构建体均能与hTfR1结合，所有含1a11的构建体均能与hBACE1结合。由于化学偶联导致每个hFn上1a11的数目存在异质性，无法准确计算解离常数（Kd），因此BLI仅用于定性确认结合能力。此外，通过ELISA进一步确认1a11-hFn与hTfR1的结合信号确实来自偶联物而非残留的未偶联hFn。
4. 体内药代动力学与药效学评价
体内实验采用人源化顶端结构域TfR1敲入（hApiTfR KI）小鼠模型。该模型将小鼠TfR顶端结构域（残基196–381）替换为相应的人类序列（残基194–379），从而表达嵌合型人类TfR。1a11-hFn纳米颗粒、未偶联hFn和未偶联1a11均通过尾静脉注射给药，剂量为76.6 nmol/kg。在给药后第1、3、7天收集血浆和脑组织样本。血浆经两步离心分离，脑组织在经心脏灌注肝素化PBS后取出，半脑称重并液氮速冻。利用自建的夹心ELISA方法分别定量血浆和脑匀浆中的1a11和1a11-hFn浓度，其中1a11-hFn的检测采用hBACE1包被捕获、抗人IgG Fc-HRP检测的策略。Aβ1-40水平则采用内部建立的Meso Scale Discovery（MSD）免疫分析法进行定量。
四、主要结果
体内药代动力学结果显示，1a11-hFn在注射后24小时血浆浓度约为100 nM，第3天浓度下降至约1/55，第7天则低于定量下限（LLOQ = 0.008 nM）。在脑组织中，第1天1a11-hFn的浓度约为16 nM，是未偶联1a11（约0.4 nM）的40倍，证明hFn能够显著促进抗体穿越血脑屏障。与血浆相比，1a11-hFn在脑中的清除速度较慢，从第1天到第3天仅下降约2.5倍，而血浆中同期下降超过55倍。第7天脑内浓度低于检测限（LLOQ = 0.04 nM）。
药效学方面，血浆Aβ1-40水平在第1天时，1a11和1a11-hFn处理组均显著低于PBS对照组，但第3天和第7天无显著差异，说明外周BACE1抑制在给药初期有效但未能持续。在脑组织中，未偶联1a11未能降低Aβ1-40水平，这与抗体难以穿越血脑屏障的预期一致。相比之下，1a11-hFn处理组在第1天使脑内Aβ1-40水平显著降低，证实hFn能将抗体递送入脑并达到具有药理活性的浓度。然而，第3天和第7天脑内Aβ1-40水平与对照组无显著差异，这与第3天脑内1a11-hFn浓度虽仍可检测但不足以产生稳健BACE1抑制的结果一致。
五、结论与意义
本研究首次系统证明，hFn纳米颗粒可以作为通用穿梭载体，将治疗性抗体通过TfR1介导的转胞吞作用递送入脑，并在给药后早期达到具有药理学意义的浓度，有效抑制脑内BACE1活性并降低Aβ1-40水平。这一发现为脑靶向生物治疗药物的递送提供了重要的原理验证。
同时，研究也揭示了hFn-抗体偶联物在体内的局限性：由于hFn本身半衰期短（约2–3小时），偶联物整体血浆半衰期也显著缩短，导致药效持续时间有限。与先前基于抗TfR1双特异性抗体的递送策略相比，hFn偶联物的脑暴露水平较低，但其脑清除速率相对较慢。因此，如果需要高效且持续地将抗体递送入脑，直接构建靶向TfR1的双特异性抗体可能更为简便和高效；然而，hFn平台在递送小分子药物、核酸等治疗载荷方面仍具有独特优势，因为它可以通过内部空腔封装大量药物分子，并保护其免受降解。
六、研究亮点
本研究的亮点包括：首次在体内验证了hFn作为抗体递送载体的可行性；采用人源化TfR1敲入小鼠模型，增强了转化相关性；通过化学偶联策略保留了hFn的TfR1结合能力和抗体的BACE1结合能力；并系统比较了hFn偶联物与未偶联抗体在血浆和脑组织中的药代动力学与药效学差异。此外，研究还讨论了hFn平台在未来脑靶向递送中的潜在应用场景，尤其是针对小分子药物和核酸类药物的递送。
七、其他有价值的内容
研究团队指出，本研究未评估网织红细胞水平，而靶向TfR1的抗体穿梭策略此前曾报道可引起网织红细胞计数的急性短暂下降。尽管1a11的Fc效应功能已被消除，但未来研究仍应系统监测这一安全性指标。此外，研究还总结了hFn平台在药物装载方面的进展，例如通过尿素介导的解聚/重组、铜介导的配位以及高静水压等方法可显著提高小分子药物的装载量，而通过对hFn内部空腔进行正电荷改造，也可实现核酸类药物的高效封装。这些内容为后续研究提供了重要参考。