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近日，中國科學院武漢病毒研究所李峰團隊與深圳理工大學張先恩團隊、南京郵電大學范曲立團隊合作，在國際學術期刊Nano Letters發表了一項題為“Assembly of Matryoshka-Type Protein Nanocages for Compartmentalized Oxygen Sensing”的研究工作。該研究實現了雙層蛋白納米籠（Protein nanocage，PNC）結構的嵌套組裝，發展了PNC內腔氧傳感新方法，并揭示了不同天然PNC的氧通透性特征。
PNC廣泛存在于生物界，是由蛋白亞基通過精確有序自組裝形成的籠形納米結構（如病毒衣殼、鐵蛋白等），是限域催化、靶向遞送、納米疫苗等前沿領域的理想平臺。PNC的多孔性可賦予其選擇性物質通透性從而精確調控功能。其中，PNC的可控氧氣通透性為氧敏感或氧響應型催化、藥物遞送、傳感等應用提供了可能，近年來越發受到關注。然而，如何定量評價和精確調控PNC的氧氣通透性目前還十分挑戰。
李峰團隊與合作者前期以氧敏感量子點（Quantum dot，QD）為納米模板，通過QD-蛋白互作界面設計組裝了人工PNC，提出了基于QD熒光淬滅動力學的氧傳感方法（PNAS 2022，119: e2104964119）。但QD與PNC內表面的強相互作用會引起PNC結構變形，容易使PNC氧通透性分析結果失真。在最新的研究中，他們模仿俄羅斯套娃玩具，利用界面電荷互補和分子識別設計，兼顧內外殼層尺寸適配，成功組裝了組分可調的雙層嵌套結構，即1個外層PNC包裝1個內層PNC，后者作為載體將氧敏感銥配合物探針精準引入外層PNC內腔，實現了對外層PNC內腔氧氣的高保真定量檢測，揭示了噬菌體MS2 病毒樣顆粒（Virus-like particle，VLP）完全透氧、海棲熱袍菌(Thermotoga maritima)納米區室蛋白（Encapsulin）完全隔氧的特性。該研究為PNC氧通透性分析和調控提供了方法學支撐，為氧敏感或氧響應型PNC酶反應器、人工細胞器等功能結構的設計提供了理論依據；可調嵌套PNC對納米疫苗、分級藥物遞釋系統的構建也有借鑒意義（Nano Lett. 2025，25: 4433）。
武漢病毒所李峰研究員、深圳理工大學張先恩研究員、南京郵電大學范曲立教授為論文共同通訊作者，武漢病毒所博士研究生周維、博士后高瑞敏以及江蘇海洋大學馬少杰副教授為共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目的資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c06699