为大家介绍一篇发表在JACS上的文章，题目为Genetic Code Expansion in Probiotics Enables the Secretion of Covalent Protein Drugs in Mice。本文通讯作者是中国医学科学院药物研究所的王锐院士和罗惠鑫研究员。王锐院士长期致力于多肽药物的创制与产业化研究，罗惠鑫研究员主要的研究方向为多肽与蛋白类药物的开发。

蛋白质药物凭借其高靶向性和强效性已成为多种疾病治疗的重要手段。然而，传统的蛋白口服递送方式面临胃酸降解、酶解破坏以及局部生物利用度低等多重挑战。近年来，利用工程微生物作为“生物工厂”在疾病部位原位合成并递送治疗蛋白的策略备受关注，但由于蛋白结构多样性受限于基于天然氨基酸的内源翻译体系，工程菌难以生产具有修饰或特殊化学功能的蛋白药物。

为解决这一问题，本研究创新性地将遗传密码拓展（GCE）技术与益生菌递送平台相结合，成功构建了一种能够在肠道内定植并分泌共价纳米抗体的工程化E.coli Nissle 1917（EcN）系统。该平台通过引入正交氨酰tRNA合成酶/tRNA对，使益生菌具备在蛋白中定点插入含共价弹头的非天然氨基酸磺酰氟酪氨酸（FSY）的能力，以提升微生物所递送的蛋白药物效价并实现对炎症性肠病的治疗。

研究团队首先利用I型分泌系统（T1SS）实现了共价纳米抗体的高效分泌表达。随后通过一系列氨酰tRNA合成酶筛选和磺基酪氨酸合成酶STyrRS的关键残基进行设计与突变筛选，获得了可高效识别并插入FSY的突变体MjFSYRS，从而建立了依赖外源FSY供应的共价蛋白表达与分泌平台。作者接着基于该系统利用LuxCDABE生物发光基因簇在EcN中构建了FSY响应型的生物发光传感器。在活体小鼠体内中可直接观测到生物发光，这证实了口服FSY可驱动工程菌在肠道内完成非天然氨基酸的插入，并实现功能性蛋白的合成。

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在治疗应用方面，研究团队以白介素-23（IL-23）为靶点，开发了共价抗IL-23纳米抗体。通过在CDR3区不同位置引入FSY，成功筛选获得R98FSY突变体，其不仅能够与IL-23 p19亚基形成不可逆共价连接，而且具有较野生型提升约60倍的强结合效价（IC50 = 5.9 pM）。

在DSS诱导的小鼠结肠炎模型中，口服工程化EcN并外源给予FSY可显著减轻肠道炎症、改善结肠病理损伤并降低炎症因子水平，且未观察到明显毒性反应。这表明该工程菌药物对炎症性肠病具有治疗潜力。

综上，该工作构建了一个基于工程益生菌的非天然氨基酸修饰的蛋白药物递送平台。该平台不仅为非天然氨基酸修饰的蛋白药物递送提供了新思路，还拓展了微生物疗法的范围，对可编程且多功能化的活体生物疗法的开发具有重要意义。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c17978