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暨南大學(xué)戴箭課題組 Adv. Funct. Mater.：溶瘤病毒樣納米顆粒用于腫瘤特異性基因遞送
2024-04-23  來源：高分子科技

  自COVID-19出現(xiàn)以來，基因治療和mRNA疫苗取得了快速進(jìn)展，使得核酸藥物在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的地位日益突出。然而，相對(duì)較大且?guī)ж?fù)電荷的核酸分子容易受到細(xì)胞膜陰離子脂質(zhì)層的靜電排斥，導(dǎo)致跨膜運(yùn)輸困難。進(jìn)入體內(nèi)的核酸分子將面臨免疫系統(tǒng)的清除、血液中核酸酶的降解以及細(xì)胞內(nèi)溶酶體核酸酶的降解。在缺乏合適的載體的情況下，核酸藥物的體內(nèi)效率仍然很低。目前由脂質(zhì)體、陽離子聚合物、和無機(jī)納米粒子組成的核酸納米遞送載體尚不完善，包括細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率低、對(duì)細(xì)胞的細(xì)胞毒性以及在生理?xiàng)l件下不穩(wěn)定等。因此，載體如何實(shí)現(xiàn)將核酸藥物選擇性的遞送至靶細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中發(fā)揮作用是目前亟需解決的問題。


  近期，暨南大學(xué)戴箭課題組設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種可以響應(yīng)腫瘤的微酸性環(huán)境通過膜融合的方式將核酸直接遞送至腫瘤細(xì)胞質(zhì)的溶瘤病毒樣納米顆粒OV@FN。OV@FN由負(fù)載核酸的納米核心NA-Zn@G和表達(dá)溶瘤病毒融合膜糖蛋白（mVSV-G）的雜合膜囊泡FN構(gòu)成，其中FN可響應(yīng)腫瘤微酸性環(huán)境通過膜融合的方式將負(fù)載核酸的納米內(nèi)核遞送至腫瘤細(xì)胞胞質(zhì)中，隨后NA-Zn@G響應(yīng)腫瘤細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中高濃度的谷光甘肽以在腫瘤細(xì)胞質(zhì)中精準(zhǔn)釋放核酸。研究結(jié)果表明：與正常細(xì)胞相比，OV@FN可以有效且精準(zhǔn)地將核酸藥物遞送至腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。更重要的是，FN可有效誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞之間相互融合形成合胞體以促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)核酸藥物的擴(kuò)散，大大增加了基因治療的效果。因此，OV@FN為基因遞送載體和腫瘤免疫治療平臺(tái)提供了一種新的策略。相關(guān)的工作以“Oncolytic Virus-Like Nanoparticles for Tumor-Specific Gene Delivery”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials。


【文章要點(diǎn)】


  如圖1，作者開發(fā)了溶瘤病毒樣納米載體，可以有效加載核酸藥物并選擇性靶向腫瘤細(xì)胞以響應(yīng)弱酸性腫瘤微環(huán)境（TME）啟動(dòng)融合活性。首先，核酸藥物與鋅離子結(jié)合形成納米顆粒（NA-Zn）。為了防止核酸的降解，用5′-鳥苷一磷酸（GMP）包裹NA-Zn形成陰離子納米粒子(NA-Zn@G)。此外，作者還將293T-mVSV-G的細(xì)胞膜與B16-F10細(xì)胞的細(xì)胞膜混合以產(chǎn)生融合雜化膜（FN）。FN上表達(dá)的突變mVSV-G（具有H162R突變）可直接介導(dǎo)OV@FN在TME（pH值范圍為6.5至7.1）下與腫瘤細(xì)胞的膜融合。最后，NA-Zn@G用FN包被制成溶瘤病毒樣納米顆粒OV@FN。靜脈注射后OV@FN，FN表面的同源靶向配體和mVSV-G可促進(jìn)OV@FN在腫瘤部位積聚并把NA-Zn@G通過膜融合的方式遞送至腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)。之后，NA-Zn@G在高濃度谷胱甘肽（GSH）（10 mm）的作用下，在腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中釋放核酸藥物，發(fā)揮基因沉默的作用。對(duì)于正常組織和器官，由于正常細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中沒有類似TME的微酸性環(huán)境，并且GSH濃度低（1 mm），因此核酸藥物不能釋放到細(xì)胞質(zhì)中，這大大提高了其生物安全性。此外，OV@FN與腫瘤細(xì)胞膜的融合賦予了腫瘤細(xì)胞融合能力。因此，腫瘤細(xì)胞可以相互融合形成合胞體。合胞體的形成可以通過促進(jìn)核酸藥物在腫瘤細(xì)胞之間的釋放和擴(kuò)散來進(jìn)一步增強(qiáng)核酸藥物的功效。合胞體裂解后釋放的腫瘤相關(guān)抗原和FN上表達(dá)的mVSV-G可以極大地促進(jìn)樹突狀細(xì)胞的抗原識(shí)別和呈遞，然后引發(fā)強(qiáng)烈的抗腫瘤免疫應(yīng)答。 


圖1 溶瘤病毒樣納米顆粒OV@FN的制備和性能示意圖。


  如圖2所示，通過鋅離子交聯(lián)與簡單物理吸附，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)核酸藥物的負(fù)載以及控制釋放。在此基礎(chǔ)上作者通過納米脂質(zhì)體擠出器成功的將雜合膜FN涂覆在納米內(nèi)核的表面，形成了水合粒徑約317nm的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子。 


圖2 OV@FN的材料表征


  如下圖3所示，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了表達(dá)mVSV-G的載體能夠在腫瘤微酸性環(huán)境下（pH=6.8）下啟動(dòng)融合活性誘導(dǎo)膜融合。與此同時(shí)，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)還驗(yàn)證了OV@FN出色的核酸遞送效率以及在腫瘤細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中精準(zhǔn)釋放核酸的能力，這表明OV@FN具有優(yōu)異的生物相容性，不會(huì)對(duì)正常組織細(xì)胞造成影響。 


圖3 OV@FN的體外性能表征。


  如下圖4所示，作者驗(yàn)證了FN具有誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞之間相互融合形成合胞體的能力。此外，合胞體上表達(dá)的mVSV-G以及合胞體死亡后釋放的腫瘤相關(guān)抗原可進(jìn)一步激活免疫反應(yīng)。 


圖4 雜合膜FN上mVSV-G促進(jìn)腫瘤細(xì)胞之間的融合。


  如下圖5所示，作者驗(yàn)證了FN在荷瘤小鼠中的抗腫瘤效果，經(jīng)過FN治療后的小鼠腫瘤生長被明顯抑制。治療后腫瘤部位免疫細(xì)胞浸潤分析結(jié)果展示，小鼠尾靜脈注射FN后可有效激活抗腫瘤免疫反應(yīng)。 


圖5 雜合膜FN對(duì)荷瘤小鼠的治療效果。


  如下圖6所示，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，OV@FN可以在小鼠體內(nèi)精準(zhǔn)靶向至腫瘤部位發(fā)揮基因沉默作用，很大程度的降低了腫瘤部位螢火蟲熒光素酶的表達(dá)。此外，將免疫刺激激動(dòng)劑5’ 3pdsRNA作為模型藥物加載在載體中形成OV3pdsR@FN。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明OV3pdsR@FN具有高效地將5′-3pdsRNA遞送至腫瘤細(xì)胞的能力，并且在5′-3pdsRNA和FN的共同作用下，成功地將免疫“冷”腫瘤轉(zhuǎn)化為免疫“熱”腫瘤瘤。OV3pdsR@FN可以通過FN固有的免疫特性和納米核心負(fù)載的核酸藥物觸發(fā)強(qiáng)大的抗腫瘤免疫反應(yīng)。 


圖6 OV@FN的體內(nèi)基因遞送效率。


  綜上所述，本研究提出了用于核酸遞送的溶瘤病毒樣納米顆粒OV@FN。OV@FN將腫瘤特異性抗原與病毒融合蛋白相結(jié)合，顯示出增強(qiáng)的腫瘤靶向性和激活強(qiáng)腫瘤特異性免疫反應(yīng)的能力。OV@FN在腫瘤弱酸環(huán)境中表現(xiàn)出高效的核酸遞送能力，為RNAi治療提供了安全有效的納米顆粒。此外，OV@FN可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞相互融合并在腫瘤部位形成合胞體。合胞體表面的mVSV-G和合胞體裂解后釋放的腫瘤相關(guān)抗原可以與核酸藥物配合，誘導(dǎo)強(qiáng)烈的腫瘤特異性免疫反應(yīng)。OV@FN通過模仿病毒結(jié)構(gòu)揭示了可擴(kuò)展的核酸藥物遞送平臺(tái)，也為擴(kuò)展基于病毒的腫瘤免疫治療提供了新的仿生策略和理念。


  該項(xiàng)目研究獲得國家自然科學(xué)基金（32071381、21574148、21104097、31870943）、廣東省自然科學(xué)基金（2021A1515010227、2014A030313152）等項(xiàng)目的資助，謹(jǐn)此感謝。


  論文信息：

  Oncolytic Virus-Like Nanoparticles for Tumor-Specific Gene Delivery

  Yuchao Li#, Haiyuan Yang#, Xiaoqing Zong, Xiaodi Li, Pengfei Yuan, Caiqi Yang, Xinjie Chen, Xiaodie Yan, Yaoqi Wen, Tianci Zhu, Wei Xue, Jian Dai*.

  Advanced Functional Materials

  DOI: 10.1002/adfm.202314898

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202314898

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