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2026年5月7日，我院天然药物及仿生药物全国重点实验室分子互作平台王静主任技师与合作者在国际学术期刊Nature Protocols发表了题为“Receptor discovery for nanomaterial soft and hard coronas via a biosensor-based Fishing strategy”的研究工作。

医用纳米材料在药物靶向递送、疾病治疗等领域展现出巨大应用潜力。然而，纳米材料在进入血液、淋巴液、唾液等生物流体后，其表面会迅速吸附蛋白质等生物分子，形成“蛋白冠”。这层内源性外衣赋予了纳米材料全新的生物学特征，直接决定了其体内分布、清除、细胞摄取及免疫应答。由于蛋白冠的存在，一些纳米药物在体内出现“预期设计与实际表现不一致”的困境。例如，聚乙二醇（PEG）修饰虽旨在延长纳米药物循环时间，但反复注射可能诱导产生抗PEG抗体，导致加速血液清除（ABC）效应；主动靶向配体（如抗体、多肽）也常因蛋白冠的遮蔽而丧失其识别能力。因此，阐明特定蛋白冠调控受体识别的底层机制，已成为推动纳米医学临床转化的基础科学问题。

蛋白冠具有动态的分层结构，由结合紧密、相对稳定的“硬冠”和与体液成分高频交换、结合松散的“软冠”组成。其中，软冠因其结合脆弱，极易在传统研究方法（如超速离心、尺寸排阻色谱等）产生的强剪切力、机械挤压或缓冲液变化中被破坏，导致信息丢失。因此，如何在近生理条件下建立无损、实时的原位分析方法来监测蛋白冠的动态演化一直是纳米生物医学领域的重大技术挑战。与之相伴的另一挑战是受体识别机制的复杂性：为何蛋白冠组分相似的纳米药物，其体内命运却大相径庭？越来越多的证据表明，细胞对纳米材料的摄取往往并非由单一蛋白介导，而是多种蛋白成分协同作用的结果。因此，在原位状态下精准破译这种“多蛋白-受体”的复杂协同网络，成为指导下一代靶向纳米药物设计的关键前提。

为解决上述核心难题，王静与合作者长期致力于发展纳米药物蛋白冠及其识别受体的原位分析策略——“垂钓”（Fishing）法。该方法的原理是利用生物膜层干涉技术（BLI）的生物传感器将纳米材料固定，实时监控传感器表面蛋白的吸附与解离过程。该方法不仅能获得蛋白与纳米材料相互作用的解离常数等动力学参数，还可以通过在微环境中加入洗脱液，原位、可控地洗脱软冠和硬冠，并结合质谱分析获得其成分与相对丰度。该研究方法首次实现了对纳米材料软、硬冠随时间动态交换过程的原位识别（Nat. Commun., 2022, 13, 5389）。在此基础上，团队进一步将“垂钓”法拓展至临床常用的脂质纳米颗粒（LNP）体系，成功鉴定了髓系细胞表面集落刺激因子2受体β（CSF2RB）介导的特异性吞噬作用，揭示了LNP被免疫系统快速清除的分子机制（J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 7604-7616）。

在解决了蛋白冠动态监测和关键受体鉴定等科学问题后，构建一套标准化、系统化的方法学框架成为纳米药物研究的迫切需求。为此，团队将生物膜层干涉技术、表面等离子体共振（SPR）等无标记传感技术与高分辨定量蛋白质组学深度整合，建立了一个高度集成、普适性强的实验平台。在Nature Protocols论文中，团队系统梳理了“垂钓”法的完整实验流程，按内在逻辑递进关系划分为六大核心程序：光学检测设备初始化、纳米材料在传感器界面的固定、近生理条件下蛋白冠的实时监测与分层分离、蛋白冠组分的高分辨质谱鉴定、结合亲和力与动态相互作用分析，以及候选受体的鉴定与验证。通过上述步骤的紧密衔接，该实验方法实现了对纳米材料蛋白冠从动态演化、分层分离、受体识别到最终生物学功能的系统性表征（图1）。

图1. 纳米材料蛋白冠分析和细胞膜受体识别的方法概述

在方法学层面，纳米材料在传感器表面的可靠固定是捕获蛋白冠的核心基础。团队总结并规范了三种适配不同理化特性纳米材料的锚定策略（图2）：物理吸附利用范德华力、疏水效应等非共价作用，最大程度保留二维纳米片等材料的原始晶格与表面拓扑；共价偶联（如EDC/NHS反应）形成稳定的酰胺键或酯键，可抵抗复杂生物流体中的剪切力；生物亲和策略（如链霉亲和素-生物素、抗原-抗体等）则实现了纳米颗粒在传感器表面的特异性结合。在蛋白冠分层分离方面，该方法的洗脱过程本质上是一种逐层剥离策略。通过逐步改变溶剂环境——先以温和酸性条件（0.005-0.1%弱酸，15-60 s）释放结合松散的软冠，再以更强质子强度的酸（0.1-1%弱酸）剥离结合牢固的硬冠——有效避免了传统离心方法中机械破坏力不可控的缺陷，实现了对复杂纳米-生物界面的分层分离（图3）。

图2. 纳米材料固定的传感器与芯片选择指南

图3. 使用BLI和SPR对纳米材料蛋白冠分离的流程

该实验方法的另一大特色是通过双向映射策略，系统构建纳米材料蛋白冠的分子识别网络。所谓双向映射，是指既能以纳米材料表面的蛋白冠为“诱饵”，原位垂钓并鉴定未知的细胞膜受体；又能利用固定化的已知受体，从复杂血浆中精准溯源主导其识别的关键蛋白组分。这种策略成功地将蛋白冠的组成信息与具体的细胞识别受体直接关联，为理解纳米材料的体内命运提供了机制性见解。

随着纳米药物逐步走向体内应用，蛋白冠介导的免疫识别、靶向递送及清除速率已成为决定临床转化成败的关键因素。该研究提供的标准化实验方案，为系统解析纳米-生物界面的分子识别网络提供了可靠工具，也为纳米药物的精准设计、体内命运预测及免疫相容性优化提供了新的研究工具和方法支撑。

华南理工大学Baimanov Didar副教授、北京大学天然药物及仿生药物全国重点实验室王静主任技师为该文章的共同第一作者，国家纳米科学中心研究员/中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所所长陈春英院士、中国科夜色直播 高能物理研究所王黎明研究员为共同通讯作者。该研究获得了天然药物及仿生药物全国重点实验室的大力支持。上述研究工作得到了中国科夜色直播 战略性先导科技专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、新基石科学基金、宁波市科技计划、建制化科研平台等项目资助。