Nat Biomed Eng | 刘涛团队开发一氧化氮响应蛋白质工程策略实现炎症组织特异性蛋白激活|一氧化氮|刘涛|有效成分|炎症|特异性|细胞|蛋白|谷氨酸

蛋白质药物具有高活性和高选择性，但进入体内后往往持续发挥作用，难以区分病变组织与正常组织。对于细胞因子、毒素、病毒载体等活性较强的生物制剂，这种缺乏空间控制的“常开”状态可能带来脱靶效应和系统毒性。如何利用病灶微环境中的内源信号，在需要的位置重新激活蛋白质，是精准治疗和合成生物学中的重要问题。

NO是一类重要的内源信号分子。在炎症过程中，活化的免疫细胞可产生较高水平的NO，使其成为识别炎症微环境的潜在化学标志。小分子NO探针已被广泛用于成像，但如何让已经折叠的蛋白质直接读取NO信号并改变功能，仍缺少具有通用性的工程方案。

针对这一问题，2026年8月31日，北京大学药学院刘涛教授团队在Nature Biomedical Engineering在线发表题为Engineering inflammation-responsive proteins through nitric oxide-caged amino acids的研究论文，报道了NO解笼蛋白质激活工程策略NOCAGE（NO-decaging enabled protein activation engineering）。

NOCAGE：用NO“解锁”关键谷氨酸

NOCAGE的核心，是暂时遮蔽蛋白质功能所必需的谷氨酸侧链。研究团队设计并合成了NO响应非天然氨基酸NorE，以邻苯二胺（OPA）基团封闭谷氨酸侧链羧基。随后，团队通过定向进化获得能够高效识别NorE的氨酰-tRNA合成酶NorERS，并与配对tRNA组成正交翻译体系，从而将NorE定点引入目标蛋白。

当NorE替代催化、结合或结构维持所必需的谷氨酸时，OPA基团会阻断原有电荷、氢键或催化功能，使蛋白质处于低活性状态；当蛋白质进入NO升高的炎症环境后，OPA基团被化学切除，NorE恢复为天然谷氨酸，蛋白质功能随之重新开启。该设计把炎症相关的小分子信号直接转化为蛋白质活性输出，并且无需额外引入大型调控结构域。

图1｜NOCAGE蛋白质工程策略示意图。研究团队以邻苯二胺（OPA）基团暂时遮蔽谷氨酸侧链羧基，构建NO响应非天然氨基酸NorE（图中星形符号），并利用工程化NorERS/tRNA体系将NorE定点引入抗体、酶、细胞因子和病毒衣壳等蛋白质的关键谷氨酸位点，使蛋白质在正常组织中保持低活性。进入NO升高的炎症组织后，NorE发生NO触发的解笼反应，恢复为天然谷氨酸并重新激活蛋白质功能。该策略可进一步用于炎症组织特异性蛋白激活、炎症肝脏基因转导及工程益生菌介导的肠道炎症检测。

从多类蛋白到动物模型

为评估策略的通用性，研究团队选择多个依赖关键谷氨酸发挥功能的蛋白作为测试对象，构建了NO响应的纳米抗体、治疗性抗体、荧光素酶、细胞因子IL-10、细菌蛋白毒素以及腺相关病毒（AAV）衣壳。结果显示，定点引入NorE可显著压低这些蛋白的基础活性，而NO处理能够恢复其结合、催化、信号传导、细胞毒性或转导能力，说明NOCAGE可跨越不同蛋白类别和作用机制。

在体内验证中，NOCAGE工程蛋白可在炎症组织中实现局部激活；经工程化的AAV载体在炎症肝脏中表现出选择性基因转导；携带NOCAGE报告系统的工程益生菌则能够感知肠道炎症相关NO，并输出可检测信号。由此，研究从治疗蛋白、基因递送到活体诊断三个层面展示了同一化学开关的应用潜力。

该研究建立了一种由内源NO触发的翻译后蛋白质功能控制方法。与依赖外加光照或药物的开关不同，NOCAGE直接利用炎症微环境中的化学信号，在蛋白质层面完成“失活—解笼—复活”的转换，为提高蛋白质药物和病毒载体的病灶选择性提供了新的工程路径。未来，这一策略仍需围绕非天然氨基酸递送、解笼效率、不同疾病中NO水平差异以及安全性开展进一步优化和验证。

https://www.nature.com/articles/s41551-026-01782-9

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