新型鐵蛋白-核酸遞送系統(tǒng)增強(qiáng)腫瘤免疫治療

2022年7月26日，中國科學(xué)院生物物理研究所閻錫蘊(yùn)院士、范克龍研究員團(tuán)隊(duì)在Nano Today期刊發(fā)表了題為“Constructing a nanocage-based universal carrier for delivering TLR-activating nucleic acids to enhance antitumor immunotherapy”的研究。該研究基于對(duì)鐵蛋白結(jié)構(gòu)的分析，選擇性對(duì)鐵蛋白內(nèi)表面負(fù)電氨基酸進(jìn)行正電突變，構(gòu)建了內(nèi)腔正電的載核酸鐵蛋白載體。該新型鐵蛋白載體實(shí)現(xiàn)了對(duì)Toll樣受體核酸配體的有效裝載，并且有效增強(qiáng)了抗腫瘤免疫治療。

目前，研究人員已開發(fā)出多種核酸載體，但這些載體材料潛在的安全性問題令人擔(dān)憂。為了解決天然鐵蛋白負(fù)電性對(duì)核酸裝載的限制，相關(guān)研究嘗試對(duì)鐵蛋白進(jìn)行正電修飾以提高其核酸親和力。但是，鐵蛋白外表面改造存在引發(fā)免疫原性的風(fēng)險(xiǎn)，而內(nèi)表面融合正電肽存在占據(jù)內(nèi)腔空間進(jìn)而降低核酸裝載量的問題。

鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)基于鐵蛋白結(jié)構(gòu)分析，通過基因工程設(shè)計(jì)，以點(diǎn)突變的方式針對(duì)性將位于鐵蛋白內(nèi)表面的負(fù)電氨基酸替換為正電氨基酸，構(gòu)建了一系列具有不同突變位點(diǎn)和數(shù)目的內(nèi)腔正電鐵蛋白。隨后，通過核酸裝載能力的系統(tǒng)性評(píng)估，從中優(yōu)選具有高穩(wěn)定性和核酸裝載能力的鐵蛋白突變體（E61KE64RE140KE147K）作為核酸載體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該鐵蛋白載體對(duì)不同類型 TLR（TLR3、TLR78和 TLR9）核酸配體都表現(xiàn)出普適且高效的裝載能力，顯著改善TLR核酸配體的體內(nèi)外遞送效率，實(shí)現(xiàn)高效的細(xì)胞攝取、特異的胞內(nèi)定位和增強(qiáng)的免疫激活作用。

此外，鐵蛋白載體獨(dú)特的籠狀空間結(jié)構(gòu)為多功能免疫治療提供了一體化平臺(tái)。在鐵蛋白載體內(nèi)部裝載TLR9核酸配體CpG作為免疫佐劑的基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步在其外表面用化學(xué)偶聯(lián)光動(dòng)力光敏劑二氫卟吩作為腫瘤免疫原性死亡的誘導(dǎo)劑以實(shí)現(xiàn)協(xié)同免疫。

在荷瘤小鼠模型中，基于鐵蛋白載體的免疫聯(lián)合治療有效激活了系統(tǒng)性抗腫瘤免疫響應(yīng)，顯著抑制了雙側(cè)瘤生長(zhǎng)及遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移的發(fā)生。更重要的是，鐵蛋白載體在體內(nèi)外都表現(xiàn)出良好的生物安全性。