《国家纳米中心在基于细胞外囊泡的肿瘤表观遗传调控与免疫疗法新策略方面获进展》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: 姜丽华
  • 发布时间:2023-02-13
  •   近日,国家纳米科学中心研究员杨延莲、项目研究员朱凌与中国医学科学院基础医学研究所研究员余佳合作,在基于工程化细胞外囊泡药物递送体系的肿瘤N6-甲基腺嘌呤核苷酸甲基化(m6A)表观遗传调控与免疫疗法方面获新进展。相关研究成果以m6A

    Reader YTHDF1-targeting Engineered Small Extracellular Vesicles for

    Gastric Cancer Therapy Via Epigenetic and Immune Regulation为题,发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。

      m6A是存在于真核生物中最普遍的RNA转录后修饰,参与DNA修复、细胞分化及细胞周期凋亡等基本生命活动,在肿瘤起因和发展中有重要作用。RNA甲基化含量和甲基化RNA的稳定性、代谢、表达、生物功能由甲基转移酶、脱甲基酶及m6A阅读蛋白动态调节。研究表明,m6A 甲基化阅读蛋白YTH N6甲基腺苷RNA结合蛋白1(YTHDF1)在胃癌组织中过表达,且与胃癌的发生、进展及远端转移相关。因此,靶向YTHDF1并进行m6A的表观遗传调控有望实现对胃癌的抑制和治疗。靶向YTHDF1进行RNA干扰是有效的策略,然而尽管胃癌组织YTHDF1高表达,但正常组织中YTHDF1也广泛分布,所以m6A表观遗传调控存在特异性差、具系统毒性和免疫原性等问题,限制了该方法的临床应用。此外,核酸药物的递送效率也是亟需解决的问题。

      针对核酸药物递送问题和胃癌组织靶向问题,科研团队构建了基于细胞外囊泡的工程化纳米药物递送体系,通过靶向和调控m6A表观遗传调控因子用于胃癌的治疗。细胞外囊泡是细胞产生的具磷脂双分子层结构的囊泡结构,具有良好的生物相容性、低免疫原性和低毒性,被认为是药物递送的理想纳米载体。工程化修饰后的细胞外囊泡可靶向递送敲降YTHDF1表达的siRNA,并以m6A依赖的方式抑制Wnt通路受体卷曲蛋白FZD7的翻译,致使Wnt/β-catenin通路失活,进而抑制胃癌细胞的增殖和发生进展。同时,科研团队发现肿瘤细胞的YTHDF1降低后,可介导干扰素(IFN)-γ受体1 (IFNGR1)的过表达,增强IFN-γ效应,促进肿瘤细胞主要组织相容性复合体I(MHC-I)的表达,使免疫原性肿瘤细胞直接实现自呈递,有效激活细胞免疫反应。通过表观遗传调控和免疫调节相互作用抑制胃癌的发展和转移,为胃癌治疗提供新策略。

      研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。


  • 原文来源:https://www.cas.cn/syky/202212/t20221215_4858109.shtml
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  • 《国家纳米中心在肿瘤细菌疗法研究方面取得进展》

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    • 编译者:姜丽华
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    • 近日,中国科学院国家纳米科学中心研究员聂广军、赵潇在肿瘤细菌疗法研究方面取得进展。相关研究成果以Modular-designed engineered bacteria for precision tumor immunotherapy via spatiotemporal manipulation by magnetic field为题发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。   细菌疗法已成为肿瘤免疫治疗的未来发展方向之一。包括嵌合抗原T细胞(CAR-T)疗法和溶瘤病毒在内的人工生物系统疗法已取得显著的临床治疗效果,多款产品已获批上市。作为人工生物系统疗法的重要组成部分,肿瘤细菌疗法的多项II期和III期临床试验正在开展当中,有望取得下一代突破性临床进展。   传统的第一代细菌疗法利用天然细菌发挥抗肿瘤作用,如FDA批准的治疗膀胱癌的卡介苗,虽然具有较好的治疗效果,但是细菌毒性严重阻碍细菌疗法的进一步应用。随着分子生物学技术的快速发展,第二代细菌疗法通过基因工程改造增强细菌的抗肿瘤功能或者敲除毒力因子获得减毒细菌,极大提高其治疗效果和安全性。随着纳米技术的迅速发展,借助功能化的纳米材料辅助细菌疗法,构建“细菌-纳米材料杂合系统”,已发展成为更加安全、强效、智能的第三代细菌疗法。体内细菌基因表达的精准控制是细菌疗法安全性和有效性的基础,然而,目前仍缺少有效的精准操纵手段。   传统基因工程改造菌的诱导型启动子是控制细菌基因表达最常用的策略,然而无论是利用肿瘤微环境敏感型启动子(如缺氧、微酸响应型启动子),还是外源诱导剂响应型启动子(如阿拉伯糖响应型启动子),很难实现对体内细菌基因表达的精准操纵。近年来,近红外光已被用于基因表达操纵,然而有限的组织穿透能力限制了其在深部肿瘤方面的应用。作为理想的操纵手段,磁场具有优良的肿瘤组织穿透能力、安全性和非侵入性,但是借助传统的基因工程技术难以实现磁场对细菌基因表达的操纵。   该工作中,研究团队借助磁性纳米材料的磁热效应,创新实现交变磁场对体内细菌基因表达和药物释放行为的时间-空间精准操纵,最终实现肿瘤的精准免疫治疗。修饰在肿瘤靶向菌表面的顺磁性Fe3O4纳米颗粒使其能够接收磁信号并将其转化为42℃热量,在热敏启动子的控制下启动裂解蛋白的表达,实现细菌的裂解和药物蛋白(抗CD47纳米抗体)的释放。同时,该工作发现并阐明工程菌裂解物的强大免疫原性能够有效激活抗原提呈细胞的I型干扰素通路,与CD47阻断疗法产生协同抗肿瘤效果,将CD47“别吃我”信号介导的天然免疫强化为CD8+ T细胞介导的适应性抗肿瘤免疫反应,对原位结肠肿瘤以及远端肿瘤产生强大的抗肿瘤作用。   上述研究工作得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项(B类)、中国科学院基础研究青年团队项目、广东省重点领域研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。
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    • 《Nature Biotechnology》于2018年3月刊发了国家纳米科学中心聂广军、丁宝全和赵宇亮院士课题组与美国亚利桑那州立大学颜灏课题组合作完成的工作(“A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo”, 36: 3, 258-264, 2018)。《Nature Biotechnology》同期以“Smart Cancer Therapy with DNA Origami”为题对该工作进行了专门评述。评述文章认为,中国科学家尝试利用医学纳米机器人治疗肿瘤等恶性疾病,这种新颖的纳米机器人将改变人们对药物输运的传统观念,为更有效的肿瘤治疗提供全新策略。   恶性肿瘤(癌症)是危害人类健康的一大杀手。肿瘤的血管系统与肿瘤的生长、侵袭及转移密切相关。通过阻塞肿瘤血管的营养和氧气输运从而“饿死” 肿瘤的治疗思路目前已广泛应用于肝癌等恶性肿瘤的物理介入治疗。但是,该方法在疗效和安全性方面仍面临较大局限性。血液中的凝血酶(thrombin) 是机体凝血系统的一种关键酶,能够快速高效地诱导血栓形成。如果将凝血酶作为特定的“货物”装载在纳米机器内部,靶向运输并精确释放至肿瘤血管,诱导凝血产生血栓,就可以通过栓塞肿瘤达到高效抑制肿瘤生长和转移的目的。   根据这种看似“异想天开”的设想,国家纳米科学中心团队发展了基于超分子自组装的DNA纳米机器人,用于活体运输凝血酶进行肿瘤治疗。该工作利用DNA折纸术构建智能化的分子机器,通过自组装将“货物”凝血酶包裹在分子机器的内部空腔,使其与外界底物隔绝而处于非活性状态;分子机器两端装载有“雷达”核酸适配体,提供靶向识别和定位功能;当DNA纳米机器人到达肿瘤血管时,纳米机器上的“锁”识别特异标志物而发生结构变化,使得 “锁”从闭合状态变为开启状态,整个纳米机器由管状结构打开变为平面结构,暴露出内部装载的“货物”进而实现诱导栓塞的功能。   国家纳米科学中心团队在细胞和活体水平分别进行了验证,结果显示这种DNA纳米机器人可以实现凝血酶在活体内的精准运输和定点栓塞,对于包括乳腺原位肿瘤、黑色素瘤、卵巢皮下移植瘤和原发肺部肿瘤在内的多种肿瘤都有良好的治疗效果。由于DNA纳米机器人可以实现精确的肿瘤定位,整个体系有效用量很低;同时DNA纳米机器人还有极好的识别响应功能,仅在肿瘤血管标志物存在时才启动活化凝血酶。这些性质保证了装载有凝血酶的DNA纳米机器人具有极高的特异性,在小鼠模型和迷你猪模型上都表现出良好的安全性。   这种智能化的DNA纳米机器人有望为肿瘤血供阻断治疗策略提供一种高效低毒的药物新剂型。以其强大的活体运输和响应识别功能,作为智能化的给药平台,进行多种药物的联合高效递送。有望对传统难以成药的物质(如毒素、蛇毒蛋白等)实现有效包载和智能递送,进而推动全新抗肿瘤药物的开发,在纳米药物领域具有广阔的应用前景。   该工作得到了《Nature Reviews Cancer》(“DNA nanorobots-seek and destroy”)和《Science Translational Medicine》(“Tumor-hunting nanorobots”)的专门评述以及F1000Prime推荐。国家自然科学基金、科技部纳米重点专项和重点研发计划、中国科学院前沿科学重点研究计划、北京市科委科技计划、国家相关人才计划等对该研究提供了资助。国家纳米科学中心的李素萍、蒋乔、刘少利和张银龙为本文的共同第一作者。 图:DNA纳米机器人的设计和工作原理