清華新聞網(wǎng)4月8日電 作為一條新的細(xì)胞內(nèi)關(guān)鍵組織原則，生物大分子相分離在各種生物過(guò)程和蛋白聚集疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用，因此也成為了生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)之一。各國(guó)科學(xué)家開(kāi)始以“相分離/相變”作為全新視角重新審視以往懸而未決的生物學(xué)問(wèn)題。
在疾病領(lǐng)域，早期的基礎(chǔ)研究主要集中在神經(jīng)退行性疾病以及腫瘤細(xì)胞的異常增殖和免疫逃逸。同時(shí)，傳統(tǒng)上被認(rèn)為是“不可靶向”的藥物靶點(diǎn)，如轉(zhuǎn)錄因子，生物分子凝聚體的發(fā)現(xiàn)為開(kāi)發(fā)靶向藥物提供了新方向。除了發(fā)現(xiàn)新靶點(diǎn)的需求外，開(kāi)發(fā)基于生物分子凝聚體的平臺(tái)技術(shù)也顯示出巨大的潛力。
3月28日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李丕龍課題組在《中國(guó)科學(xué)生命科學(xué)》（Science China Life Science）雜志在線(xiàn)發(fā)表了題為“一種相分離強(qiáng)化的雙特異性適配體用于條件性腫瘤殺傷”（A phase separation-fortified bi-specific adaptor for conditional tumor killing）的研究論文，開(kāi)創(chuàng)性地設(shè)計(jì)了基于相分離元件的治療性融合蛋白，實(shí)現(xiàn)了特異性腫瘤靶向殺傷，為相分離轉(zhuǎn)化應(yīng)用邁出了重要一步。
該研究中，研究團(tuán)隊(duì)聚焦于調(diào)控細(xì)胞膜表面受體，實(shí)現(xiàn)多維信號(hào)的整合與傳遞。隨著研究重點(diǎn)從單一蛋白質(zhì)功能轉(zhuǎn)向多受體信號(hào)復(fù)合體的分析，一些關(guān)鍵報(bào)告突顯了配體寡聚化的優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)方法在獲取具有精確距離控制和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多價(jià)配體方面存在挑戰(zhàn)?；谶@些重要發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)提出核心假設(shè)，具有相分離模式的多價(jià)配體能夠作為解析復(fù)雜多受體網(wǎng)絡(luò)的有效工具。通過(guò)采用合成多價(jià)治療配體的策略，可以精細(xì)調(diào)控信號(hào)傳導(dǎo)。利用液-液相分離（LLPS）的新興概念及其在組織并富集細(xì)胞表面受體進(jìn)入功能性區(qū)室方面的潛力，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了具有相分離模式的模塊化配體，以工程化方式編程受體間通信并精確控制信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的快速、強(qiáng)效和特異性凋亡。
這類(lèi)名為“相分離腫瘤殺手（phase-separatedTumorKiller，psTK）”的觸發(fā)器，盡管設(shè)計(jì)簡(jiǎn)約，卻能夠誘導(dǎo)死亡受體與腫瘤相關(guān)受體的共聚集，從而實(shí)現(xiàn)相分離介導(dǎo)的條件性凋亡激活（圖1）。值得注意的是，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)常采用如SUMO3和SIM（SUMO3-interacting motif）這對(duì)相互作用基序，通過(guò)調(diào)整其串聯(lián)表達(dá)的數(shù)量來(lái)重構(gòu)多價(jià)依賴(lài)的相分離現(xiàn)象，但這對(duì)后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和轉(zhuǎn)化提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。為了進(jìn)一步優(yōu)化融合蛋白的表達(dá)形式，該研究巧妙地設(shè)計(jì)了基于低價(jià)態(tài)串聯(lián)重復(fù)的相分離元件，即均為二價(jià)PRM和SH3的組合（簡(jiǎn)稱(chēng)P2S2）。將分別靶向結(jié)合腫瘤細(xì)胞表面高表達(dá)的CXCR4（C-X-C chemokine receptor type 4）和死亡受體DR5（Death receptor 5）的納米抗體CNB和DNB與P2S2融合表達(dá)，得到了融合蛋白CN-P2S2-DN。相比早期設(shè)計(jì)，CN-P2S2-DN同樣能夠介導(dǎo)相分離依賴(lài)的腫瘤細(xì)胞凋亡，且以單一蛋白形式的制備更為高效、便捷。此外，這種設(shè)計(jì)在腫瘤特異性靶點(diǎn)（包括EGFR、MET等）及疾病適應(yīng)癥的拓展方面也顯示出了顯著的特異性腫瘤細(xì)胞殺傷效果。
圖1.psTK設(shè)計(jì)示意圖及相分離介導(dǎo)的膜受體共聚集
圖2.psTK介導(dǎo)的腫瘤特異性殺傷
圖3.psTK的腫瘤靶點(diǎn)及疾病適應(yīng)癥拓展數(shù)據(jù)結(jié)果
此外，該設(shè)計(jì)聚焦于腫瘤壞死因子受體超家族成員，優(yōu)選死亡受體家族成員。作為重要的疾病治療靶點(diǎn)，其被激活后可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡。當(dāng)前，缺乏有效的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)是實(shí)體瘤免疫治療的一個(gè)重要障礙。通過(guò)激活實(shí)體瘤中富集的死亡受體，例如DR5，可以實(shí)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的減滅，這被視為一個(gè)有前景的治療策略。在過(guò)去的幾十年里，許多DR5激動(dòng)劑抗體在進(jìn)入實(shí)體瘤臨床試驗(yàn)后均未能成功，無(wú)法顯著提高患者生存率。這促使研究人員致力于開(kāi)發(fā)第二代DR5激動(dòng)劑，以在腫瘤中實(shí)現(xiàn)高度特異性的細(xì)胞凋亡毒性。根據(jù)前期臨床試驗(yàn)中DR5激動(dòng)劑的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，該論文的創(chuàng)新設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)條件性激活DR5的同時(shí)，也提高了DR5激動(dòng)劑的穩(wěn)定性和生物活性，通過(guò)調(diào)整相分離元件的價(jià)態(tài)，有望識(shí)別不同表達(dá)豐度的腫瘤表面特異性抗原，且現(xiàn)有數(shù)據(jù)展示出了只觸發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡而不影響健康細(xì)胞的良好安全性。
圖4.基于相分離設(shè)計(jì)的新一代DR5激動(dòng)劑開(kāi)發(fā)迭代示意圖
綜上所述，該研究首創(chuàng)了一類(lèi)基于相分離的細(xì)胞膜蛋白調(diào)控系統(tǒng)，具有可操縱性強(qiáng)、靈活度高、普適性好等諸多優(yōu)勢(shì)，有望成為基于膜受體治療的新范式，并期待實(shí)現(xiàn)生物藥的創(chuàng)新突破。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、膜生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心李丕龍副教授與生命科學(xué)學(xué)院已出站博士后許偉凡博士為論文共同通訊作者；清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2020級(jí)博士生劉雨嫣、2019級(jí)博士生朱雨婷為論文共同第一作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接：
http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-023-2490-2
供稿：生命學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：曾儀
編輯：李華山
審核：郭玲
