RNA递送是mRNA药物、CRISPR基因编辑和RNA治疗真正走向体内应用的关键环节。RNA递送的主要包括非整合慢病毒，LNP，VLP，MmPEG10，SEND等，部分已经进入临床，但仍受到载荷容量、组织嗜性和安全性等限制。虽然病毒经过长期进化，形成了高度稳定的天然衣壳，但进化是持续的，文章第一次通过通过AI辅助进化+天然蛋白本身结构的思路，筛选出高效递送RNA系统-STV-C8。
2026年9月2日，Nature在线发表了德国慕尼黑工业大学Wolfgang Wurst团队的最新问文章：“Creating bottom-up RNA transfer vehicles from synthetic protein assemblies”。利用AI工具(RFdiffusion+FoldSeek18）+天然衣壳蛋白结构膜结合结构域(MBD,membrane-binding domain)、晚期出芽结构域(L,a late-budding domain )和RNA结合结构域，从头构建超过100种synthetic transfer vehicles（STVs）文库，最终筛选出UaPHPLC和SynL-tdPCP-HE0690，证明可以高效递送RNA,命名为：STV-C8。
通过RFdiffusion3，能够生成几乎无限数量的具有各种形状的蛋白质组装体，包括二十面体、二面体和环状对称结构，这些结构与天然衣壳相比在大小和架构上差异巨大。
为了对此类合成蛋白质组装体实现为自下而上的RNA转移载体，作者将它们与通常构成衣壳形成蛋白的三个功能结构域融合：膜结合结构域(MBD,membrane-binding domain)、晚期出芽结构域(L,a late-budding domain )和RNA结合结构域。使用HE0902，一种经过充分表征的二十面体蛋白质组装体3—作为STV载体的初始支架，并将其与源自褐家鼠磷脂酶C delta普列克底物蛋白同源结构域（PHPLCδ）的膜结合结构域融合。此外，作者创建了一个由来自多种病毒的出芽基序组成的合成出芽结构域。该合成晚期出芽结构域（SynL）的出芽效率超过了天然HIV p6 L结构域。
HE0902具有与许多病毒衣壳相似的二十面体对称性。STV-HE0902能够实现高效RNA释放和转移的初步验证。为了全面表征这些载体，作者开发了一种筛选方法，能够监测三个相关维度：（1）STV释放，（2）STV摄取，（3）RNA转移效率。即将STV构建体与HiBiT标签融合，通过重组LgBiT蛋白与HiBiT互补，这样可以能够定量检测STV释放到上清液中的情况。为了表征摄取效率，作者创建了一个表达LgBiT的报告细胞系，并利用它通过靶细胞中的HiBiT/LgBiT互补来测量STV摄取。此外，该报告细胞系还表达萤火虫荧光素酶的C端片段（C-split-Fluc）。STV介导的编码Fluc N端片段（N-split-Fluc）的mRNA递送，通过重建全长Fluc，检测荧光虫荧光素酶含量，定量检测STV递mRNA效率。
构建好报告系统后，作者筛选了39个具有二十面体、二面体或环状对称性的合成组装结构域组成的STV构建体。其中许多STV构建体能够从293细胞中高效释放，并将其货物RNA递送到靶细胞中。而且发现，基于非天然二面体和环状对称性构建的STV在很大程度上优于其二十面体对应物。并发现STV释放效率与货物RNA递送之间存在相关性。基于环状对称性构建的STV每个包装蛋白转移的RNA更多，表明其RNA装载能力高于其他对称性（如二十面体）。
筛选出4种效率最高的变体，HE0490、HE0499和HE0505（均为D3对称性）以及HE0690（C8对称性），确认了另一种货物RNA——EGFP mRNA——向未修饰靶细胞的高效递送）。这些结果表明，AI能设计的具有非天然对称性的蛋白质组装体可用于创建几乎无限数量的合成RNA递送载体。为了展示这种巨大的可扩展潜力，文章又设计了30个具有C8对称性的组装体，C8正是表现最佳结构HE0690的对称性。
尽管它们都基于相同的C8对称性构建，但这些新创建的结构在序列和结构组成上高度多样化，使得它们能够针对定制特性进行筛选，例如改变包装密度或降低免疫原性。为了进一步扩大STV的设计空间，作者将已鉴定的HE0690组装结构域与一组多样化的膜结合结构域相结合。通过使用FoldSeek18进行基于结构的搜索来选择这些膜结合结构域，以褐家鼠的PHPLCδ结构域作为模板结构。从跨所有物种的无限制搜索、针对人类蛋白的限制性搜索以及ESMAtlas19中宏基因组蛋白的搜索中选取了29个结构域。构建了一个由膜结合结构域与SynL-tdPCP-HE0690融合而成的文库，并使用已建立的筛选方案对其STV释放、STV摄取和RNA转移效率进行测试。该分析揭示，来自美洲黑熊（Ursus americanus）的膜结合结构域（UaPHPLC）是用于RNA包装和转移的高效结构域。确认了UaPHPLC-STV在生产细胞中的稳健膜定位，并验证了其将EGFP mRNA高效转移到靶细胞中的能力，由UaPHPLC和SynL-tdPCP-HE0690组成的STV构建体随后被命名为STV-C8。
鉴于STV-C8具有不同的架构，作者对不同RNA递送效率进行了比较，包括病毒样颗粒（VLP）、EPN24系统，以及用于细胞递送的选择性内源性衣壳化（SEND）。每个系统的编码序列克隆到由CAG启动子驱动的质粒骨架中；将等量的VSV-G、货物和包装质粒转染到HEK293T细胞中；连续3天收集上清液；浓缩上清液；并以相同体积将处理后的样品加入靶细胞中。在所有测试的细胞系中，发现STV-C8递送的EGFP mRNA在靶细胞中产生了最高的EGFP表达。
基因编辑器是新型递送载体最相关的应用之一。作者在Cas9 mRNA的3′非翻译区（UTR）添加了PP7包装信号，并克隆了两个在sgRNA四环中含有PP7信号的单向导RNA（sgRNA），以及靶向抗肌萎缩蛋白基因外显子51上游和下游内含子区的间隔序列。证明STV-C8递送的CRISPR编辑系统可以删除抗肌萎缩蛋白基因外显子51，用STV-C8(Cas9/sgRNA)颗粒处理原代猪成纤维细胞显示删除频率约为40%。
在Cas13d-NCS mRNA的3′ UTR以及靶向SARS-CoV-2基因组的CRISPR RNA（crRNA）的3′部分添加了PP7信号。制备了STV-C8(Cas13d-NCS/crRNA)颗粒，将其递送到iPS细胞衍生的人肺细胞中，并用SARS-CoV-2-GFP感染这些细胞，结果显示STV-C8递送的Cas13d-NCS几乎完全阻断了病毒。
总之，作者通过AI设计蛋白+天然蛋白结构辅助的形式，成功筛选出高效递送RNA的工具系统-STV-C8，为RNA递送系统和其他递送系统提供了新的方向和应用。
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10952-3