Angew. Chem. Int. Ed.| 聯(lián)合癌癥治療:利用工程DNAzyme分子機器進行動態(tài)細胞間和細胞內(nèi)調(diào)節(jié)

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聯(lián)合治療很有希望一種典型的聯(lián)合治療策略是將免疫治療與納米粒給藥相結合，在提高細胞內(nèi)藥物濃度的同時誘導免疫殺傷癌細胞然而，一些聯(lián)合治療方法的治療效果仍未達到醫(yī)療一線的療效，尤其是基于T細胞的方法，這主要是由于在T細胞與癌細胞間特異性連接的靶向劑設計上的局限性。這是因為靶向藥物通常采用較大的天然或人工結構，可能會影響給藥效率，影響免疫應答。

此外，以往的大多數(shù)研究只能控制T細胞和癌細胞的識別，盡管T細胞與被治療的癌細胞的可調(diào)分離是癌癥免疫治療的必要條件因此，盡管這一領域已經(jīng)取得了一些進展，但設計一種有效的策略來實現(xiàn)T細胞與癌細胞之間的細胞-細胞相互作用的動態(tài)調(diào)控，包括細胞識別、細胞-細胞接近和治療后分離，仍然是一個挑戰(zhàn)。此外，對于細胞內(nèi)治療，重要的是減少藥物對正常細胞的副作用。有文獻充分證明活性氧(ROS)的產(chǎn)生增加可以起到抗癌作用，最近的一些研究發(fā)現(xiàn)，線粒體聚集可以產(chǎn)生過多的ROS，導致癌細胞死亡雖然這些方法已被證明可以改善腫瘤細胞凋亡，但它們對正常細胞的任意攻擊尚未得到解決。

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近日，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的陸藝教授團隊在Angewandte Chemie上發(fā)表題為“Combination Cancer Treatment: Using Engineered DNAzyme Molecular Machines for Dynamic Inter- and Intracellular Regulation”的研究論文。

doi.org/10.1002/ange.202210935

報告一種基于分子機器的聯(lián)合治療策略，結合工程DNAzymes和DNA適配體，從細胞外控制T細胞/癌細胞相互作用和細胞內(nèi)控制線粒體聚集兩方面誘導癌癥凋亡。

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工作原理示意圖

如方案1所示，為了外部調(diào)控t細胞和癌細胞之間的細胞相互作用，在5'端用雙脂質(zhì)尾修飾Zn2+特異性DNAzyme (chain-1)，使底物鏈通過疏水相互作用自發(fā)插入活細胞表面。此外，在脂質(zhì)尾部和DNAzyme部分之間插入一個i-motif序列，使pH敏感的結構轉變能夠調(diào)節(jié)連接細胞之間的距離相應的底物(chain-2)在5'端被適配體修飾，用于特異性連接在癌細胞表面過表達的MUC-1蛋白鏈-1和鏈-2的3'端用熒光標記(Alexa Fluor 488 (af488))標記鏈-1和羧基四甲基羅丹明(TAMRA標記鏈-2)。AF 488和TAMRA在酸性pH下穩(wěn)定，有利于腫瘤酸性微環(huán)境下實時熒光追蹤為了監(jiān)測t細胞和癌細胞之間的距離，在t細胞表面連接一根在3'端有脂質(zhì)錨定(chain-3)的i-motif互補鏈，并與chain-1的i-motif部分雜交。

??相應的TAMRA淬火劑BHQ2被標記在鏈-3的5'端。細胞間的距離可以通過TAMRA與BHQ2之間的猝滅效應的效率來揭示通過這三條DNA鏈的雜交，獲得了一個DNAzyme分子機器，可以精確調(diào)控T細胞和癌細胞之間的細胞-細胞相互作用，實現(xiàn)癌細胞識別、T細胞/癌細胞接近和治療后分離。采用適配體、i-motif和FRET對設計的DNAzyme分子機器能夠感應并響應腫瘤微環(huán)境利用腫瘤標記物MUC-1作為靶蛋白，適配體序列可對癌細胞進行特異性識別。其次，腫瘤酸性微環(huán)境觸發(fā)i-motif序列由直鏈向折疊結構的轉化，縮短癌細胞與T細胞的距離，誘導癌細胞殺傷。然后通過金屬離子(Zn2+)激活的DNAzyme裂解釋放T細胞，使T細胞快速從治療過的癌細胞中釋放出來。在整個外部調(diào)節(jié)過程中，通過監(jiān)測TAMRA的熒光強度，可以得到細胞與細胞的距離。在弱堿性pH值下，i-motif序列保持直線，使TAMRA更接近于被其淬火器淬火。當pH值為酸性時，i-motif折疊，導致TAMRA從猝滅劑中釋放。

?? 為了進一步實現(xiàn)細胞內(nèi)線粒體的內(nèi)部調(diào)控，將Zn2+特異性DNAzyme的酶鏈和底物鏈分別包裹在脂質(zhì)體中，DNAzyme (chain-4)和底物鏈(chain-5)都用5'端線粒體定位肽尾巴修飾，實現(xiàn)線粒體靶向。分離的線粒體開始相互連接，形成大量的線粒體聚集，使細胞內(nèi)ROS產(chǎn)生過剩，從而促進癌細胞死亡。線粒體的分解可以通過Zn2+離子介導的底物裂解來控制。因此，一個DNAzyme分子機器可以實現(xiàn)對線粒體行為的動態(tài)控制。與缺鋅的癌細胞相比，缺鋅可以減少底物的裂解，從而有利于這兩條鏈的雜交。

體內(nèi)不同步驟狀態(tài)的驗證。

DNAzyme控制的T細胞球體移動。

體內(nèi)治療的驗證。

聯(lián)合治療效果。

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在這項研究中，開發(fā)了一種基于分子機器的聯(lián)合癌癥治療方法，結合工程DNAzymes和DNA適配體，從T細胞/癌細胞相互作用的細胞間調(diào)節(jié)和線粒體聚集的細胞內(nèi)調(diào)節(jié)兩方面誘導癌細胞凋亡。與傳統(tǒng)的通過大型自然或人工結構識別T細胞和癌細胞相比，該策略的一個主要優(yōu)勢是T細胞/癌細胞相互作用的動態(tài)調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)細胞間的外調(diào)節(jié)，設計了一種基于適配體和i-motif的DNAzyme分子機器來檢測和響應酸性腫瘤微環(huán)境。利用腫瘤標記物MUC-1作為靶蛋白，適配體可對腫瘤細胞特異性識別MUC-1。癌細胞的酸性微環(huán)境觸發(fā)i-motif序列的折疊，縮短細胞間距離，誘導癌細胞的殺傷。因此，T細胞可以通過金屬離子激活的DNAzyme裂解釋放。該策略的另一個優(yōu)勢是對癌細胞中線粒體聚集的內(nèi)部控制。

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編輯：王本初

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