生物大分子入胞新策略——多功能嵌合多肽

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疾病的发生发展通常与细胞内信号网络异常相关,利用药物靶向调节相应的关键分子或功能途径进行干预是基础研究和临床治疗的重要手段。小分子药物虽可以轻易地进入细胞内部达到目的靶标,是但并不能与所有的靶标结合。生物大分子药物则对靶标没有任何限制,而且在特异性及药效上也独具优势,因此成为药物研发最具前景而又竞争激烈的领域之一,但是生物大分子难以自由透过细胞膜到胞内,也因此目前获批的生物大分子药物所针对的靶标主要位于胞外或胞膜上。然而,绝大部分的(70%)的药物潜在靶标是位于细胞内部的,因此,如何有效地将生物大分子递送到细胞内部成为发掘这片未知的药物宝库的当务之急。厦门大学夏宁邵团队提出了一种新型的嵌合多肽生物大分子入胞递送系统,并将其成功用于小鼠急性肝损伤体内治疗模型中。


细胞穿膜肽(Cell-penetrating peptides, CPPs),如TAT,可介导生物大分子入胞,并且具有生物相容性高、操作简便、毒副作用低等优点,是目前蛋白质递送领域的研究热点之一。但是,CPPs的递送效率,特别是从内吞小泡逃逸的效率亟待提高;同时,在体内应用时还面临血清耐受性差的问题,这也造成了开展CPPs研究后的三十多年间,仍未有基于CPPs的临床药物获批上市。该研究团队在TAT的基础上,同时引入pH敏感肽、内吞小泡特异性蛋白酶酶切位点以及多聚化结构域,克服了上述CPPs在应用中的技术瓶颈,构建成嵌合多肽递送系统eTAT(enhanced TAT)(图1d)。利用内吞小泡内蛋白酶对系统中酶切位点的切割作用,促使货物分子与递送系统分离进而实现有效的内吞小泡逃逸(图1c);而多聚化结构域(如亮氨酸拉链)的加入,克服了血清对于递送效率的影响(图1e)。随后,该研究团队以细胞内介导细胞坏死途径的RIP3蛋白为药物靶标,将eTAT系统与功能性蛋白Ppm1b融合表达组成治疗性分子eTAT-Ppm1b,用于APAP(对乙酰氨基酚,泰诺®引起急性肝损伤的治疗性研究。该研究团队将eTAT-Ppm1b治疗性蛋白尾静脉注射小鼠,结果显示eTAT-Ppm1b将APAP导致的小鼠死亡率从100%降至40%,效果显著优于目前FDA批准的唯一一款针对该疾病的药物NAC(小鼠死亡率80 %)。

生物大分子入胞新策略——多功能嵌合多肽

图1. eTAT与其它基于TAT 的递送系统的比较


eTAT作为一种通用型的递送系统,只需与不同的功能蛋白质结合,即可实现相应胞内靶标的干预及功能调节,达到治疗相关疾病的目的。例如,eTAT系统与核酸结合蛋白融合,可介导mRNA、DNA形式的生物大分子入胞并表达,从而补充功能丧失或在生理水平上表达缺陷的基因或者诱导机体产生相应的免疫应答,同时也可介导小干扰RNA(siRNA)入胞实现疾病相关基因表达的下调;eTAT与基因编辑工程酶(如CRISPR/Cas9)结合,实现对疾病相关基因的编辑以达到治疗效果。总之,该研究不仅为生物大分子的胞内递送提供新的策略,而且为针对胞内靶标的蛋白药物的基础研究和临床应用奠定基础。


Nat. Commun., 202112, 5131, DOI: 10.1038/s41467-021-25448-z

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