北理工課題組構(gòu)筑高特異識別多肽納米“細(xì)胞空間站”用于免疫檢查點(diǎn)時空分析與操控
發(fā)布日期：2022-10-24 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：段凱龍 審核：王振華 閱讀次數(shù)：細(xì)胞中蛋白質(zhì)的狀態(tài)在信號通路的精確調(diào)控下一直處于有序的動態(tài)變化之中,，然而一些重大疾病的產(chǎn)生往往伴隨著蛋白質(zhì)紊亂的細(xì)胞定位和含量表達(dá),。例如在癌癥治療研究中，免疫檢查點(diǎn)PD-L1阻斷療法是近年來備受矚目的一種癌癥治療策略,，但在臨床研究中卻被證明存在著受眾少,、復(fù)發(fā)率高等問題。研究已經(jīng)證實,，PD-L1的受體PD-1存在其他配體，并且PD-L1自身在細(xì)胞中存在“反復(fù)補(bǔ)償”的行為,，擾亂了其在亞細(xì)胞水平的定位和含量,。因此全面、精準(zhǔn),、有序地識別與調(diào)控PD-1通路蛋白的定位和含量十分必要,。目前，可通過多功能的蛋白識別,、藥物遞送等構(gòu)建增強(qiáng)的腫瘤組合治療平臺,。然而，還幾乎沒有智能識別體系可以從空間上調(diào)控免疫檢查點(diǎn)蛋白的定位,，以及從時間上序貫性控制細(xì)胞內(nèi)的分子事件,。
基于上述問題，北京理工大學(xué)王蔚芝課題組近期開發(fā)了一種基于點(diǎn)擊化學(xué)的多肽功能化識別與調(diào)控“細(xì)胞空間站”體系實現(xiàn)免疫檢查點(diǎn)的時空操控,。這種“細(xì)胞空間站（Cell Space Station,，CSS）”的功能類似于航天空間站,，可以在細(xì)胞或亞細(xì)胞水平上完成在“指定位置著陸”“釋放貨物或宇航員”“與助推器對接”等任務(wù)，最終在細(xì)胞水平上實現(xiàn)對PD-1的全面封鎖并釋放藥物,，在亞細(xì)胞水平上將細(xì)胞膜上的PD-L1定向轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體,，并降低了其在細(xì)胞表面的豐度。整個過程的發(fā)生由點(diǎn)擊化學(xué)控制,，靶向,、可控、有序,。相關(guān)成果以”A “Cell Space Station” for Spatiotemporal Molecular Manipulation of Immune Checkpoint“為題發(fā)表在國際化學(xué)權(quán)威雜志 ACS Nano 上（DOI: 10.1021/acsnano.2c05483）,。北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院的碩士研究生李凌云為該論文的第一作者，王蔚芝研究員為該論文的最后通訊作者,，北京理工大學(xué)張加濤教授和馬兵副教授為共同通訊作者,。
圖1 “細(xì)胞空間站“用于對免疫檢查點(diǎn)的時空操控
研究的主要內(nèi)容介紹：分別以PD-L1和PD-L2為靶點(diǎn)構(gòu)建多肽文庫，用微流控芯片高通量篩選出了具有高親和力（ KD ≈10-7 M）和特異性的靶向多肽KC（KHTDYEYNC）和HC（HVSKTEGRHRNC）,，并制備功能化脂質(zhì)體以構(gòu)建CSS,。CSS通過同時識別PD-L1/PD-L2著陸在細(xì)胞表面，增強(qiáng)了細(xì)胞對所負(fù)載藥物的攝取,，通過對PD-L1/PD-L2—PD-1的協(xié)同阻斷實現(xiàn)了對PD-1的全面封鎖,。
圖2 “細(xì)胞空間站“增強(qiáng)藥物攝取并全面封鎖PD-1
為了將PD-L1特異性地從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體，引入了一種溶酶體伴侶自噬基序KQ（KFERQQKILDQRFFEC）,，通過生物體內(nèi)點(diǎn)擊化學(xué)實現(xiàn)了時間和空間上的序貫性分子識別與調(diào)控,。從空間上來說，細(xì)胞膜上的PD-L1被轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體發(fā)生迅速,、持續(xù)的降解以打破其“反復(fù)補(bǔ)償“的行為,，并降低了其在細(xì)胞表面的含量。在時間維度上,，一方面使該復(fù)雜調(diào)節(jié)過程的各個環(huán)節(jié)包括免疫檢查點(diǎn)阻斷,、藥物釋放、PD-L1轉(zhuǎn)運(yùn)等有序,、可控地發(fā)生,，另一方面使蛋白調(diào)控發(fā)生在靶向多肽KC/PD-L1發(fā)生配體-受體相互作用的”停留時間“內(nèi)以提高后續(xù)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)、降解的效率,。具體來說,，在KC側(cè)鏈引入疊氮，制備可發(fā)生點(diǎn)擊化學(xué)的CSS,，并在KQ側(cè)鏈引入炔基,，作為點(diǎn)擊化學(xué)的另一組件”溶酶體助推器（Lysosome Booster, LB）“。通過識別PD-L1/PD-L2停留在細(xì)胞表面的CSS可在指定時間點(diǎn)可控地與LB發(fā)生原位的點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)以激活對PD-L1的時空操控，將其從溶酶體發(fā)生持續(xù)的降解,。將基于點(diǎn)擊化學(xué)的蛋白分選與調(diào)控策略被命名為” click chemistry-driven protein sorting (PROCLISORT) “,。在體外和體內(nèi)該策略均被證實相比于CSS/LB同時作用于蛋白更加高效，且具有增強(qiáng)的免疫激活能力,，展現(xiàn)出了抗腫瘤潛能,。
圖3 “細(xì)胞空間站“通過點(diǎn)擊化學(xué)實現(xiàn)時空操控
本文開發(fā)了一種“細(xì)胞空間站CSS”—“溶酶體助推器LB”對接過程（CSS@LB），實現(xiàn)了對整個PD-1通路的時空操控,。從治療上來說,，CSS@LB 通過全面阻斷PD-1和調(diào)節(jié)PD-L1亞細(xì)胞定位及含量增強(qiáng)了腫瘤的免疫治療效果。 從策略開發(fā)來說,，我們提出的PROCLISORT策略為活細(xì)胞中的蛋白時空操控提供了一種有效的參考,，并且有希望應(yīng)用于其他需要被調(diào)節(jié)的蛋白通路。
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