普遍认为药物从铁蛋白载体中释放的机制是溶酶体对铁蛋白的酸化作用，使药物从铁蛋白的笼状结构中释放出来，但尚未有明确定论。尽管如此，已有研究数据表明铁蛋白递送药物能降低非特异细胞毒性和提高疗效，并且能减小毒副作用，例如顺铂的癫痫和阿霉素的心脏毒性，是理想的递送系统。

图8 铁蛋白包载和输送药物示意图

铁蛋白可用于化疗、辐射疗法、光热疗法和基因疗法，同时又可以增加靶向能力实现高效递送。尽管铁蛋白对癌细胞有天然的靶向性，但可进一步通过在铁蛋白的表面修饰某些化学物质，以便通过选择性识别驱动纳米颗粒朝向特定细胞，进一步增加靶向性。

图9 铁蛋白药物载体的应用

1 .递送药物

目前铁蛋白作为药物载体，主要用于递送小分子化学药物和大分子核酸药物。

小分子药物包括金属药物和非金属药物。金属药物如顺铂、卡铂，这些药物化学稳定性和水溶性较差、细胞渗透性低，限制其临床应用。非金属药物有阿霉素、链霉素、阿托品。

将铁蛋白作为递送小分子化药的载体，主要集中在对金属药物的研究。金属药物中的顺铂可以被包裹在重组铁蛋白的笼状结构中心腔内，形成一种对靶向癌症治疗具有潜力的载药蛋白质。因其具有高生物相容性，并且可以通过受体介导的内吞作用被内化，具有比游离顺铂更高的选择性而将药物携带到肿瘤组织，因此重组铁蛋白被认为是顺铂递送到靶点的理想纳米载体。

非金属药物的包载则复杂得多，因为这类药物与铁蛋白很难发生作用。铁蛋白包载的第一个化疗药物是阿霉素，在没有其他的靶向作用协助下，药物在肿瘤部位的局部浓度是普通溶液的10倍，并且正常组织中的药物浓度更低，毒副作用更小。道诺霉素、姜黄素和放射性同位素也可用该方法递送。

（2）核酸药物

铁蛋白可作为基因药物的递送载体，目前可用于递送的核酸药物有siRNA、miRNA、sgRNA（应用基因编辑技术）。

由于氨基残基的存在，铁蛋白的内表面带负电，因此限制了其封装负电药物（基因药物等）的能力。铁蛋白最重要的特点是可以通过使用pH值介导实现解聚和重组，通过将pH值调节到5以下，将铁蛋白的内表面电荷从负变为正，RNA分子即可成功包载于到铁蛋白的笼状空腔中。也可以通过引入带正电荷的成分（例如，Ca²⁺和胺类树枝状大分子），中和铁蛋白内表面所带的负电荷，实现对核酸分子的包载。

利用黄曲霉嵌合铁蛋白，同时将带正电的树状大分子与嵌合铁蛋白内表面建立静电相互作用，从而形成蛋白质树状大分子二元体系，作为递送miRNA的载体。铁蛋白外壳上形成的开口允许带负电荷的miRNA进入，miRNA被树枝状大分子的高密度正电荷吸引进入笼状内腔。该混合纳米颗粒可被急性髓系白血病细胞有效吸收，已成功地将miRNA传递给白血病细胞。递送成功后，核酸被释放到细胞质中并加工为成熟的miRNA，从而引起表型效应和形态变化。

图10 铁蛋白树状大分子递送miRNA示意图

以内源性去铁铁蛋白作为载体，通过基因工程末端修饰四聚赖氨酸，构建具备溶酶体逃逸性能的去铁铁蛋白纳米笼，通过尾静脉注射，利用主动靶向，有效编辑敲除肿瘤EGFP报告基因，实现CRISPR/Cas9独立包装的内源性递送体系，对基因编辑效率进行定量调控，用于肿瘤治疗。

图11 去铁铁蛋白包载Cas9/sgRNA体内过程

铁蛋白也可以用于递送疫苗。克利夫兰诊所的研究人员利用铁蛋白制成的纳米颗粒，向人体输送新冠病毒S蛋白片段作为抗原，并在雪貂模型上测试了这种疫苗，结果所有接种疫苗的雪貂都产生强中和抗体，并且获得比对照组了更强的保护效力。

铁蛋白作为基因药物的载体时，不仅安全性高，而且会对基因药物在体内的生理过程产生一定的影响，从而使得基因的递送效率提高。研究人员发现，人类铁蛋白能够快速核移位，这使得核DNA靶向给药成为可能。铁蛋白介导的核移位可能支持内吞后囊化siRNA从溶酶体中逃逸，这将大大增加siRNA的释放量。一旦铁蛋白在酸性介质中分解，可以破坏溶酶体膜并使siRNA从溶酶体中释放，提高基因的递送效率。

2 放射疗法和化学疗法结合

先通过pH值介导的解聚/重组法，将阿霉素（Dox）整合到无铁球形蛋白壳（AFn）中，然后在多肽壳上合成超小型Bi₂S₃纳米放射增敏剂，形成Dox@AFn-Bi³⁺ 复合物（Dox@AFBS），进行放射治疗。实验发现，基于Bi₂S₃纳米放射增敏剂的放射治疗和化学疗法相结合，细胞增殖的抑制作用大大增强，显著抑制肿瘤生长并提高荷瘤小鼠的存活率，且这种联合治疗方案对小鼠没有任何伤害。

图12 Dox@AFBS的合成工艺示意图

3 靶向修饰

（1）叶酸

将叶酸作为肿瘤靶向配体偶联到铁蛋白纳米笼表面，静脉注射进入血液后, 由于肿瘤细胞表面高表达叶酸受体，使铁蛋白可聚集于肿瘤部位，增加主动靶向性。

（2）光敏剂

通过负载光敏剂（如ZnF16Pc），结合光动力疗法，光照后可有效抑制肿瘤生长,同时最小程度地影响正常组织, 最终达到良好的治疗效果。同时，在利用铁蛋白进行药物递送过程中，加入光敏剂，可作为一种靶向性的验证手段。

（3）抗体

单克隆抗体：利用交联剂共价缀合特异性抗原单克隆抗体，靶向运送药物。同时可以在单克隆抗体上加上PEG，防止药物在血液循环过程中被网状内皮系统吞噬清除。

纳米抗体：抗体-铁蛋白结合物的使用为靶向药物递送提供了一种有效的方法。然而，复杂的制备和有限的蛋白质稳定性阻碍了该系统的广泛应用。设计了一种用于靶向给药的新型纳米体铁蛋白（Nb-Ftn）药物递送的策略，通过转谷氨酰胺酶催化的蛋白质连接实现纳米体和铁蛋白之间的位点特异性结合。这种连接策略允许在铁蛋白中载药后与纳米抗体结合，从而避免在药物封装所需的苛刻pH环境下纳米抗体失活。为了验证Nb-Ftn的肿瘤靶向性，将光敏剂酞菁锰（MnPc）装入铁蛋白腔中，并将抗EGFR纳米体接合到铁蛋白表面，铁蛋白纳米笼可封装约82个MnPc分子。制得的结合物可被EGFR阳性的A431癌细胞有效内化。