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文献解读|基于细胞膜靶向肽的增强型光动力学疗法

2019-11-12

2019年10月3日,武汉大学化学与分子科学学院生物医用高分子材料教育部重点实验室张先正教授课题组设计了一种蛋白法尼斯基转移酶(PFTase)驱动的质膜(plasma membrane PM)靶向嵌合肽PCPK,用于质膜靶向光动力治疗(PM-PDT),并通过诱导肿瘤细胞质膜损伤及其损伤相关分子模式(DAMPs)的快速释放而增强免疫治疗。与检查点阻断剂anti-PD-1配合后,对转移性肿瘤具有抑制作用。这种高效的PM-PDT策略通过诱导PM高效损伤及DAMPs的快速释放能激活强大的抗肿瘤免疫响应,并引发抗肿瘤免疫反应,在免疫治疗领域具有重要意义。该研究成果已发表在ACS Nano杂志,IF=13.903。博士生张驰、博士生高凡为共同第一作者,张先正教授为该文章的通讯作者。




题目:

Enzyme-Driven Membrane-Targeted Chimeric Peptide for Enhanced Tumor Photodynamic Immunotherapy

期刊:ACS Nano

影响因子13.903

PMID31566945

作者武汉大学博士生张驰、博士生高凡为共同第一作者

作者单位武汉大学

索莱宝合作产品


产品名称

产品货号

Mouse IL-6 ELISA Kit

SEKM-0007




本文研究人员设计了一种蛋白法尼斯基转移酶(PFTase)驱动的质膜(plasma membrane PM)靶向嵌合肽PCPK(PpIX-C6-PEG8-kkkkk-sktkc-OMe),用于质膜靶向光动力治疗(PM-PDT),并通过诱导肿瘤细胞质膜损伤及其损伤相关分子模式的快速释放(DAMPs)而增强免疫治疗。PCPK的质膜靶向能力源自细胞的K-Ras信号传导,该信号通路通过PFTase驱使相应的蛋白驱动到质膜。与光敏剂原卟啉IX(PpIX)结合,PCPK可以产生有细胞毒性的活性氧(ROS),从而使膜相关蛋白失活,引发脂质过氧化,并在光照射下以极低浓度(1μM)破坏质膜。特定的质膜损伤进一步诱导了DAMPs的快速释放,导致抗肿瘤免疫反应比常规细胞质定位的光动力疗法更强。当与程序性细胞死亡受体1阻断疗法联合使用时,这种免疫刺激的质膜靶向光动力治疗(PM-PDT)还表现出对远处转移性肿瘤的抑制作用。通过体外和体内实验发现PCPK介导的PM-PDT较PCPK-SR介导的CP-PDT具有明显的抗肿瘤作用。更重要的是,免疫分析进一步证实,PCPK介导的PM-PDT会导致DAMPs的快速释放,导致比CP-PDT更强的免疫反应。这种高效的PM-PDT策略通过诱导PM高效损伤及DAMPs的快速释放能激活强大的抗肿瘤免疫响应,并引发抗肿瘤免疫反应,在免疫治疗领域具有重要意义。



靶向细胞膜(PM)的PDT(PM-PDT)结合PD-1检查点阻断疗法根除原发肿瘤并抑制远端肿瘤的示意图



1、PCPK和PCPK-SR纳米颗粒的表征及体外ROS生成

PCPK和PCPK-SR在水溶液中通过静电和疏水/亲水作用自组装成纳米粒子(图1A,B)。透射电子显微镜(TEM,图1C,D)显示PCPK和PCPK-SR纳米粒子的粒径分别为29.0 ± 3.8 nm和15.8 ± 4.3 nm,动态光散射(DLS)分析进一步证明了PCPK和PCPK-SR纳米粒子的均匀粒径分布(图1E,F)。TEM图像和DLS分析的结果均表明PCPK和PCPK-SR纳米颗粒具有良好的分散性和均一的粒径。如图1G所示,由于自组装纳米结构π-π相互作用的存在,表明PCPK和PCPK-SR形成PpIX二聚体。而PpIX的引入赋予PCPK和PCPK-SR在光照下产生活性氧ROS的能力。本文利用ROS荧光指示剂DCFH-DA进行ROS检测。图1G显示PCPK和PCPK-SR的荧光强度均随着照射时间的延长而增加,并且两者表现出相同的ROS生成能力。随后又通过激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)在细胞水平检测到ROS的生成。如图1I所示,在没有光照射的情况下,在PCPK和PCPK-SR组中均检测不到绿色荧光。两组的强烈绿色荧光表明光照射下,PCPK和PCPK-SR在细胞水平上都有ROS生成能力。


2、研究PCPK和PCPK-SR的细胞PM靶向效果和滞留

荧光共定位分析显示了PCPK的PM靶向作用。细胞内的法尼基化可以驱动K-Ras衍生的嵌合肽PCPK靶向作用细胞PM。静电相互作用首先介导了PCPK-SR对PM的靶向作用,然后由于PCPK-SR的吸收和排泄,PM靶向作用逐渐减弱和消失。


3、体外细胞毒性和PM-PDT的疗效及PM-PDT介导的细胞死亡机制

PCPK可以通过PM-PDT破坏细胞PM并诱导快速细胞死亡。PCPK具有强大的细胞PM靶向能力,而PM-PDT可以有效破坏细胞PM的完整性。因此,事实证明,PCPK介导的PM-PDT通过破坏细胞PM而引发细胞坏死。


4、免疫功能

PCPK介导的PM-PDT可以选择性破坏细胞PM,并诱导HMGB1和ATP等细胞内容物的快速释放,从而进一步促进抗肿瘤免疫反应。PM-PDT通过诱导DAMP的快速释放而表现出比CP-PDT更好的免疫刺激作用。

据报道,抗肿瘤免疫反应的激活将会伴随着相关细胞因子的产生(如TNF –α、IL-6)和树突状细胞的成熟。本文研究人员通过皮下注射4T1细胞建立了BALB/c小鼠的4T1肿瘤模型,使用不同材料处理小鼠48 h后采集血清样本,并通过ELISA方法检测细胞因子含量,发现PCPK介导的PM-PDT可导致细胞因子的释放高于其他,显示了免疫应答的有效激活。

5、联合化疗与免疫治疗的抗肿瘤效果

联合PD-1治疗时,由于高PM-PDT的功效和强大的全身性抗肿瘤免疫反应,PCPK对原发性和远处肿瘤均显示出更强的抗肿瘤作用。



6、流式细胞仪检测远处肿瘤中的肿瘤浸润T淋巴细胞

快速释放的DAMP,与PKPK-SR介导的CP-PDT相比,PCPK介导的PMPDT表现出更高的PDT效率并且可以引发更强的抗肿瘤免疫应答。




本文研究人员通过体外和体内实验发现PCPK介导的PM-PDT较PCPK-SR介导的CP-PDT具有明显的抗肿瘤作用。PCPK介导的PM-PDT会导致DAMPs的快速释放,与检查点阻断剂anti-PD-1配合后,对转移性肿瘤具有抑制作用。这种高效的PM-PDT策略在抗肿瘤的免疫治疗方面具有巨大的应用潜力,在免疫治疗领域具有重要意义。







文章题目:

Microneedle-Assisted Transdermal Delivery of Etanercept for Rheumatoid Arthritis Treatment

PMID31096705

IF4.773

杂志名称

Pharmaceutics

引用产品

SEKM-0034Mouse TNF-α ELISA Kit

合作单位

郑州大学




文章题目

An anti-inflammatory peptide and brain-derived neurotrophic factor-modified hyaluronan-methylcellulose hydrogel promotes nerve regeneration in rats with spinal cord injury

PMID30705588

IF4.47

杂志名称

International Journal of Nanomedicine

引用产品

SEKM-0143Mouse BDNF ELISA Kit

合作单位

中国人民武装警察部队后勤学院




文章题目

Antidiabetic effects of water-soluble Korean pine nut protein on type 2 diabetic mice

PMID31228801

IF3.7

杂志名称

biomedicine & pharmacotherapy

引用产品

SEKM-0141Mouse Insulin ELISA Kit

合作单位

哈尔滨工业大学




文章题目

Hydrogen gas reduces HMGB1 release in lung tissues of septic mice in an Nrf2/HO-1-dependent pathway

PMID30660872

IF3.361

杂志名称

International Immunopharmacology

引用产品:

SEKM-0034Mouse TNF-α ELISA Kit

SEKM-0007Mouse IL-6 ELISA Kit

SEKM-0010Mouse IL-10 ELISA Kit

合作单位

天津医科大学




文章题目

Eriodictyol Attenuates Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury through the Activation of JAK2

PMID29441020

IF3.2

杂志名称

Frontiers in Physiology

引用产品

SEKR-0017Rat CRP ELISA Kit

合作单位

滨州医学院





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