肉毒素是一类由革兰氏阳性菌肉毒杆菌及同属相近菌所产生的蛋白质毒素。该毒素家族目前已知有七种亚型（BoNT/A到BoNT/G）。该类毒素是目前自然界中已知的毒性最高的毒素之一。在七种亚型中，BoNT/A和BoNT/B所导致的肉毒杆菌中毒居多。

由于肉毒素能使肌肉暂时麻痹，医学界原先将肉毒素用于治疗面部痉挛和其他肌肉运动紊乱症。治疗过程中发现，肉毒素在消除皱纹方面有着异乎寻常的功能，因此，现在注射肉毒素除皱的微整形风靡全球。

目前的治疗治疗肉毒素中毒的方法是抗体鸡尾酒疗法，该疗法可以使血液中的毒素失活，但这些抗体不能进入神经， 当中毒症状出现时，一些毒素已经进入神经，抗体已经无法触及，中毒者会出现持续性神经阻滞和肌肉麻痹，必须依赖重症监护和呼吸机才能生存，治疗费用非常昂贵，一旦出现大规模爆发，将会使医疗系统崩溃。

开发治疗肉毒杆菌中毒的药物的研究由来已久，但迄今为止，还没有小分子药物能在神经元内有效的抑制肉毒素的酶活性。抗体药物也仅能中和循环系统中存留的毒素。

2021年1月6日，Science 子刊 Science Translational Medicine 同期发表了两篇来自不同团队的研究肉毒素解药的论文。两个研究团队各自开发了类似的方法，将能够中和肉毒素的抗体与改造修饰后的肉毒素组成融合蛋白，这种融合蛋白能够更好地进入神经，从而清除之前无法触及的神经内的肉毒素。

论文一：基于嵌合毒素的平台递送单域抗体

DOI：10.1126/scitranslmed.aaz4197

在此项研究中，作者充分利用了肉毒素极高的神经特异性，用基因工程突变的方法开发了失去毒性的肉毒素，并用其为载体将纳米抗体递送至神经元细胞内去中和A亚型和B亚型毒素。在此之前，已有其他实验室尝试过利用失活的BoNT/A 和BoNT/C等传统肉毒素亚型作为药物递送工具。尽管这些载体在经过突变后在体外并不具有酶活性，但被注射到小鼠体内后，小鼠仍然表现出肉毒杆菌中毒的症状及死亡，其背后机制尚不明朗。

为解决这一安全性上的问题，研究人员另辟蹊径，尝试改造了一种新发现的肉毒素亚型BoNT/X。因为BoNT/X本身不靶向运动神经元，作者只利用了X型毒素的蛋白酶结构域和跨膜结构域作为药物跨膜转运工具，同时用A, C, D肉毒素亚型的受体结构域来靶向运动神经元，从而产生了人造的嵌合型肉毒素（称作BoNT/XA，BoNT/XC和BoNT/XD）， 并通过突变关键的X型毒素酶活性位点的方法去除毒性用以作为递送载体。

在将针对A亚型的纳米抗体（A8）与去除毒性的BoNT/XA，BoNT/XC和BoNT/XD融合后（下文称作A8-ciBoNT/XA，A8-ciBoNT/XC和A8-ciBoNT/XD，见图一），作者首先在体外培养的神经元上对其进行了测试，发现这些融合蛋白均能有效抑制已进入神经元内的A亚型毒素的活性， 其中以A8-ciBoNT/XA的抑制效果最佳。接下来作者对这些融合蛋白在小鼠内的毒性进行了评估。当给小鼠注射一定剂量的A8-ciBoNT/XA，A8-ciBoNT/XC和A8-ciBoNT/XD时，小鼠仍无任何中毒症状，这解决了一直以来困扰的残余毒性问题。

图1：嵌合蛋白的构建和作用机理（图片来源：DOI: 10.1126/scitranslmed.aaz4197）

作者然后以小鼠为模型及利用不同的给药方式对A8-ciBoNT/XA的药效做了进一步评估。在对小鼠后肢局部注射BoNT/A后，该后肢会呈现出松弛性瘫痪症状，在没有药物干预的情况下，该症状会持续长达约40天至消失。在先注射BoNT/A后18小时，在相同的部位再次注射0.6微克的A8-ciBoNT/XA后，肉毒素造成的局部肌肉麻痹在几小时内开始缓解， 小鼠在2天内即可完全恢复正常。作者然后通过给小鼠腹部注射致死剂量的BoNT/A以诱发全身性的中毒症状，约9小时后小鼠即呈现出行动困难。在无药物干预的情况下，数小时后小鼠即表现出无法行动和呼吸困难。在注射BoNT/A后9小时，再通过腹部注射30微克A8-ciBoNT/XA，小鼠的中毒症状在6小时内消失并恢复正常的行动能力。

论文二：无毒衍生物递送纳米抗体

DOI: 10.1126/scitranslmed.abd7789

在另一项研究中，纽约大学Konstantin Ichtchenko等人利用BoNT的一种无毒衍生物的结构和运输特性，将功能阻断性纳米抗体转运到神经元胞浆中，从而抑制BoNT/A1分子毒性。对症处理后，BoNT/A1模型小鼠、豚鼠和非人类灵长类动物的症状得到缓解。

相关数据表明，可以利用无毒的BoNT衍生物将治疗性蛋白部分传递至神经细胞质，并在实验模型中结合并中和细胞内靶标。该平台的通用性可能使纳米抗体和其他基于蛋白质的治疗剂能够递送至以前无法接近的神经内靶标。

总的来说，这两项研究都将他们的工程毒素与源自羊驼的纳米抗体联系在一起，后者可以使毒素失活。与普通抗体相比，纳米抗体可以更容易地工程化以靶向细胞内的抗原，且结构更加稳定。

参考资料：

1. Delivery of single-domain antibodies into neurons using a chimeric toxin–based platform is therapeutic in mouse models of botulism.

2.Neuronal delivery of antibodies has therapeutic effects in animal models of botulism.