膜蛋白约占人类基因组编码蛋白的20-30%，在细胞信号传导、物质运输和细胞识别中扮演核心角色。膜蛋白的异常表达和功能失调与多种疾病（癌症、神经系统疾病、代谢疾病等）密切相关，因而成为药物研发的焦点。多穿膜蛋白广泛存在于受体（如GPCRs）、离子通道、转运体及膜结合酶等家族中。这类蛋白在信号转导、物质运输、细胞识别等过程中发挥着核心作用，是药物研发的重要靶点。特别是G蛋白偶联受体（GPCR）、离子通道、转运蛋白等多跨膜蛋白，作为药物靶点占FDA批准药物靶点的60%以上。
然而，多穿膜蛋白因其疏水性强、结构复杂、天然环境依赖性高，在全长、功能保持的条件下制备一直是生物制药研发中的技术难题。
1. 全长多穿膜蛋白制备难点
全长的多跨膜蛋白（例如GPCR、离子通道、ABC转运蛋白）具有复杂的三级和四级结构，包含多个跨膜螺旋段，天然构象依赖于膜环境，具体难点包括：
表达困难：结构复杂，常在异源表达系统中易产生错误折叠或包涵体，产量低且活性难保证。
纯化难度大：需去除大量非膜成分且保持蛋白稳定，传统去污剂容易破坏蛋白结构和活性。
结构解析受限：多跨膜蛋白不易结晶，且需保持膜环境，冷冻电镜虽有突破但制样仍挑战巨大。
功能重建复杂：功能检测需在类膜环境中进行，常规溶液体系难以模拟天然膜状态。
为了解决全长膜蛋白在表达、纯化及稳定性维持上的瓶颈问题，尤其是在多跨膜结构需要类膜环境支持的情况下，研究者开发了Nanodisc制备平台。该平台通过人工或半人工构建稳定的脂质双层微环境，将膜蛋白以接近天然状态的形式包裹其中，不仅显著提高了蛋白的稳定性和活性，还为结构解析、功能测定及药物筛选提供了理想载体。目前，Nanodisc技术已发展出多种形式，包括膜支架蛋白（MSP）Nanodisc、Synthetic Nanodisc以及PeptiNanodisc，各有独特优势与适用场景。
2. Nanodisc类型有哪些？
根据稳定剂的不同，可将Nanodisc分为不同类型: MSP nanodisc，Synthetic nanodisc和PeptiNanodisc.
2.1 MSP nanodisc
MSP nanodisc使用Membrane scaffold proteins（MSPs）作为稳定剂，包裹人工磷脂成分和跨膜蛋白，形成一个纳米圆盘。所形成的纳米圆盘的大小由所选用的MSPs决定，一般直径范围为7至13nm。Nanodisc组装中常用的MSP，包括MSP1D1、MSP1D1-DH5和MSP1E3D1。 这些MSP已被广泛研究并证明可有效生成稳定且功能性的Nanodisc蛋白。
Fig 1. Assembly of MSP-Nanodisc
2.2 Synthetic nanodisc
Synthetic Nanodisc（合成纳米盘）是用合成聚合物生产的，通常包括苯乙烯-马来酸共聚物 (SMA) 和二异丁烯-马来酸 (DIBMA)。合成纳米盘的组装起始于完整的细胞。它利用合成的聚合物溶解细胞膜，同时利用原生细胞磷脂在膜蛋白周围形成纳米盘结构。聚合物同时作为增溶剂和稳定剂。因此，不需要额外的去垢剂。
Fig 2. Assembly of Synthetic Nanodisc
2.3 PeptiNanodisc
PeptiNanodisc，是利用特殊肽段包裹住膜蛋白的疏水部分（类似于肽盘），从而保护其不受水溶液的影响。由于不存在磷脂和去垢剂，利用PeptiNanodisc平台表达出的膜蛋白可以用于细胞实验。而且，理论上肽盘可以像‘通用支架’一样，适用于各种膜蛋白，不受蛋白大小限制。该技术可稳定重构多类膜蛋白，尤其适合呈现天然构象的跨膜靶点。
Fig 3. Assembly of PeptiNanodisc
3. Nanodisc的应用优势
3.1 膜蛋白结构与功能研究
- 优势：
原生构象稳定性高：Nanodisc提供类细胞膜的双层脂质环境，能维持膜蛋白天然构象和功能活性。
高均一性与可控性：脂质组成可定制，便于模拟不同膜微环境。
去除胶束干扰：相比洗涤剂，Nanodisc对蛋白结构扰动更小，适合高分辨率结构解析。
- 应用：
冷冻电镜 (Cryo-EM) 高分辨率解析 GPCR、离子通道、转运蛋白等的结构。NMR、SPR、ITC等生物物理研究，精确测量膜蛋白与配体、抗体的结合动力学参数。
3.2 药物靶点发现与验证
- 优势：
靶点原位呈现：Nanodisc上的膜蛋白空间构象接近细胞膜，利于筛选真实结合分子。
配体筛选灵敏度高：适合高通量筛选小分子、抗体、肽类药物。
可用于抗体表位精确映射：减少因蛋白变性造成的假阴性。
- 应用：
先导化合物筛选：在GPCR Nanodisc上进行配体结合实验，发现高亲和力先导分子。
抗体筛选与优化：利用Nanodisc结合流式检测或BLI/SPR，选出特异性高且功能活性好的抗体。
3.3 疫苗与免疫原设计
- 优势：
保留关键构象表位：适合呈递病毒包膜蛋白、细菌外膜蛋白等构象敏感抗原。
脂质环境可调控：可增强免疫原稳定性与免疫应答。
- 应用：
病毒疫苗研发：HIV Env、SARS-CoV-2 S 蛋白等在Nanodisc上展示，诱导中和抗体反应。
3.4 检测与诊断
- 优势：
免疫检测灵敏度提升：膜蛋白在Nanodisc上保持天然构象，检测结果更准确。
适合难溶蛋白定量检测：克服膜蛋白不稳定、易沉淀的难题。
- 应用：
ELISA、流式细胞术、Luminex 等平台上检测膜蛋白特异性抗体；伴随诊断：检测患者血清中针对靶点蛋白的抗体反应水平。
3.5 生物制剂质量与功能评估
- 优势：
抗体功能验证：直接评估抗体在原生构象靶点上的结合与阻断能力。
药物稳定性测试：检测抗体、配体与膜蛋白结合的热稳定性、耐受性。
- 应用：
ADC 内吞能力检测（如 DT3C 模拟平台）；CAR细胞阳性率检测；抗体与 GPCR/离子通道结合的温度稳定性分析
全长多穿膜蛋白是连接基础生命科学研究与临床药物开发的关键桥梁。随着Nanodisc等膜模拟技术的发展，以及表达纯化工艺的优化，让曾经“难以触碰”的靶点家族正快速进入药物研发主舞台。未来，稳定、可规模化制备的全长多穿膜蛋白将成为精准药物发现的核心资源，为新药研发提供更高的起点和更快的速度。
4. 缔码Nanodisc产品优势
缔码Nanodsc全长膜蛋白制备技术平台拥有全球领先的膜蛋白资源库，现货覆盖500+种全长多跨膜蛋白，包括GPCR、离子通道等多种重要药物靶点；在技术能力上已成功制备 高达24次跨膜的全长膜蛋白，刷新行业纪录。产品验证包含SDS-PAGE、ELISA、SPR、HPLC等，具备高纯度、高溶解度和高稳定性，保持天然构象，可支持室温运输。同时，平台还提供灵活的个性化蛋白表达与定制服务，满足不同研究需求。
验证数据展示
- SDS-PAGE
- ELISA
- SEC-HPLC
- SPR
- CAR细胞阳性率检测
GPRC5D PeptiNanodisc (Cat.No.FLP400011)和G4S-PE蛋白来检测GPRC5D CAR细胞阳性率
FITC标记CLDN18.2 peptiNanodisc(Cat.No.FLP420014)和G4S-PE蛋白来检测CLDN18.2 CAR细胞阳性率
