文章来自“科学大院”公众号
作者： 张梦 黄永焯
画家乔凡尼·多梅尼科·提埃波罗的《拖曳木马入城》描绘了特洛伊人牵引着巨大的木马进入特洛伊城的情景（图片来源：https://zh.wikipedia.org）
在古希腊传说中，希腊联军对特洛伊城久攻不下，于是他们打造了一只巨大的木马，里面藏着伏兵，并佯装撤退，让特洛伊人将其当作战利品带回城内，伏兵就这样轻易地通过了城门，借此攻入了特洛伊。
联想一下，病毒可以轻易突破人体的各道防御屏障感染机体内部组织。如果把病毒改造一下，是不是能让治疗药物更有效地进入细胞呢？
现在，科学家模拟病毒进入人体和细胞的方式，设计了高效药物输送方法，用仿生学原理为药物递送提供了新思路。这样的“特洛伊木马”给疾病的治疗带来了希望。
来源于HIV病毒的细胞“穿梭机”
药物在体内输送是一个复杂过程，药物需要克服一系列的生理屏障，进入病变细胞、结合靶点才能发挥作用。然而人体给外来物质（药物）设置了种种障碍，限制了它们的进入。因此，“进得去”是药物发挥作用的前提。
生物大分子药物（如蛋白质或核酸药物）的分子量非常大，很难进入细胞里面发挥作用。传统方法是依赖物理手段（例如电穿孔）瞬时打开细胞膜令大分子药物进入。但是物理方法对细胞损伤较大，且难以应用于人体。寻找更为安全可靠的输送方法一直是科学家孜孜以求的目标。
令人惊奇的是，病毒尺寸远远大于蛋白质，而病毒却可以轻而易举地进入细胞内，它是利用什么“秘密武器”呢？科学家在研究HIV时，发现了病毒表面有一段氨基酸序列在入侵细胞时起着关键作用，于是他们把这段有用的序列克隆出来，发现只要连接上这段多肽序列，无论是生物大分子还是几百纳米大小的颗粒，都能畅通无阻地穿过细胞膜进入细胞内，于是科学家将这种神奇的多肽称为穿膜肽(Cell-penetrating peptides)。
穿膜肽的“穿梭运输”作用（图片由作者绘制）
穿膜肽的发现为药物输送提供了一把“瑞士军刀”，研究人员将它应用于克服体内各种阻碍药物输送的屏障。
例如，血脑屏障是人体内保护脑部的一道最重要的防线，避免有害成分或微生物进入及损害我们的脑部。但另一方面，血脑屏障也将绝大多数治疗药物拒之于门外，使药物无法进入脑部组织发挥作用。如何克服血脑屏障让药物有效进入病灶组织，是脑部疾病治疗的关键问题。于是有科学家利用这把“瑞士军刀”，将穿膜肽与蛋白质药物或纳米药物连接，帮助它们进入脑部。
还有研究者利用穿膜肽来帮助药物穿过其他生理屏障。例如，疫苗接种通常需要采用皮下或肌肉注射方法，如果不通过针头注入，蛋白疫苗是无法通过人体皮肤屏障的，使用穿膜肽技术可帮助疫苗透过皮肤。
除了蛋白质，病毒还能递送这些药物
基因治疗是二十一世纪以来处于研发前沿的医疗技术，它是通过将治疗基因导入人体的病变细胞里，起到修正、补偿缺陷等作用。但是基因药物本身无法进入细胞内发挥作用，必须依赖物理或化学手段的帮助来导入到细胞，因此研发高效安全的基因输送载体是实现基因治疗的决定因素。
病毒颗粒具有核壳结构。外壳称为衣壳，是由成百上千个蛋白分子装成的中空结构，核酸物质（RNA或DNA）作为内核被包裹在其中。科学家采用“偷梁换柱”方法，将病毒内致病基因片段移除，然后将治疗基因拼接进去，既保留了病毒的高效侵入能力，又消除了其致病危险，从而能够搭载治疗基因药物进入到病变细胞里。
病毒载体是目前基因治疗中临床应用常见的递药方法。近年来基因治疗在遗传病领域最为重大的进展是新药Zolgensma的上市，它是1型脊髓性肌萎缩症（SMA）治疗用药。SMA是致命的遗传病，存活超过20个月的患儿仅为8%。在新药临床试验中，患儿存活率显著提高。
通过病毒载体将新基因转移到细胞核 （图片来源：Genome Research Limited)
除了应用于基因治疗，病毒还可以作为小分子药物的运输载体：把病毒内核里的核酸物质除去后，保留病毒衣壳结构，然后把小分子药物装载进病毒内核空腔里。利用某些病毒能够特异性结合特定细胞类型的能力，可用于定位靶向递药。为了更好地满足临床治疗要求，研究者们还采用基因工程技术来改造病毒结构，通过将具有不同功能序列加入到病毒衣壳蛋白中，引入特定的功能结构域，作为连接药物的反应位点或靶向特定细胞的结合位点，从而制造出更为高效安全的药物靶向输送工具。
驯服病毒 为人类所用
除了输送药物，病毒还能这样用于疾病预防或治疗：
1.灭活病毒是疫苗的重要种类。通过化学等方法使病毒失去感染性和复制力，但保留能引起人体免疫应答活性，这是最成熟的疫苗开发技术，在流感疫苗应用已有较长的历史，我国刚批准上市的新冠疫苗也是采用灭活病毒技术。
2.采用溶瘤病毒治疗癌症已在临床上显示独特优势。溶瘤病毒只能在肿瘤细胞中增殖，然后杀死并裂解肿瘤细胞，释放出来的病毒继续感染及杀伤其他肿瘤细胞。
当然，病毒材料的临床应用亦存在不可忽视的问题，潜在免疫原性是其中一个主要顾虑。一方面，机体免疫激活可以促进治疗效果，例如疫苗接种保护机体或提高癌症免疫；另一方面，过度的免疫激活可能导致全身性炎症，产生严重副作用。对于这一具有挑战性的问题，研究者正在寻找不同的解决方法，例如：对病毒进行基因工程改造；采用具有特异性智能材料物以可控的方式屏蔽其抗原；配合抗炎药物，控制免疫激活。
“特洛伊木马”递药技术 （图片来源：Acta Pharm Sin B, 2018:14）
在漫长的人类历史长河中，病毒一直扮演着文明破坏者的角色。天花病毒、流感病毒、艾滋病病毒、冠状病毒（SARS, MERS, Covid-19）等等，烈性病毒传染疾病的流行给人类社会带来了巨大的损失。但是，人类在与病毒的无数次交锋中，逐渐学会了控制病毒的肆虐，甚至驯服病毒成为治病救人的利器。
正如《病毒星球》（卡尔·齐默）一书中所说：“（病毒）原本就包含了两面性，一面是能给予生命的物质，另一面则代表致命的毒液。病毒在某种意义上的确是致命的，但它们也赋予了这个世界必不可少的创造力。创造和毁灭又一次完美地结合在一起。” 相信随着对病毒认识的进一步深入及生物技术的发展，人类对病毒的驯服与利用会有越来越多的方法，使其变害为利，造福文明社会。
作者单位：中国科学院上海药物研究所
参考文献：
[1]Huang Y, Jiang Y, Wang H, Wang J, Shin MC, Byun Y, et al. Curb challenges of the "Trojan Horse" approach: Smart strategies in achieving effective yet safe cell-penetrating peptide-based drug delivery. Adv Drug Deliv Rev. 2013; 65: 1299-315.
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