这DNA纳米装置，不怕“死”！

奇物论

2021-11-27

在过去的几十年里，癌症免疫疗法取得了快速进展，在治疗晚期恶性肿瘤方面取得了显著的临床成功。然而，将这些治疗应用于实体瘤仍然具有挑战性。最近实现这一目标的努力主要依赖于利用细胞毒性 T 淋巴细胞 (CTL) 来消除实体肿瘤细胞。这些方法受限于将肿瘤相关抗原呈递给 CTL 进行激活的能力。树突状细胞可以摄取死亡或垂死的肿瘤细胞并在其表面展示抗原，因此已被用于 CTL 激活；然而，它们浸润肿瘤的能力有限。或者，M2肿瘤相关巨噬细胞 (TAM) 在大多数肿瘤的微环境中高度丰富，也可以呈递肿瘤相关抗原，尽管效率通常低于树突状细胞。因此，合理设计TAM的抗原呈递能力可能为抗肿瘤免疫治疗开辟一条新的途径。

DNA纳米技术为构建具有近原子分辨率的编码纳米结构提供了丰富的工具箱，并已被用于组织分子和纳米颗粒以实现多种功能。特别是，设计用于生物医学应用的 DNA 纳米器件的可能性引起了人们的强烈兴趣。先前的研究表明，虽然细胞摄取 DNA 分子通常很困难，因为 DNA 和细胞膜都带负电荷，而阴离子DNA纳米结构的细胞内化则要有效得多。DNA纳米结构的内吞作用实际上是由膜受体介导的，包括清道夫受体，这些受体将它们转运到动态的囊泡细胞器（内体和溶酶体）中。事实上，内体/溶酶体靶向 DNA 纳米装置已被开发用于活细胞成像和药物递送。

按常规的思路是，DNA纳米结构容易被溶酶体降解，所以纳米装置要逃出溶酶体。那么，如果DNA纳米结构被摄取后，就直接抑制溶酶体活性，是否可以避免DNA被降解呢？

成果简介

鉴于此，芝加哥大学LevBecker、Yamuna Krishnan等人开发了一种靶向溶酶体的DNA纳米装置，可以通过增强 TAM 的抗原呈递能力来减缓肿瘤生长。成果发表在Nature Nanotechnology上。

其中，上海交通大学樊春海院士、上海高等研究院李江对该研究工作进行点评。

整体思路

研究人员首先表明，TAM抗原呈递的低水平与它们的溶酶体酶活性提高有关，溶酶体酶活性有助于消化肿瘤相关的抗原。尽管可以用抑制蛋白酶的化学品来抑制溶酶体的活性，但由于缺乏选择性，它们无法在体内使用。

在这项工作中，作者将半胱氨酸蛋白酶抑制剂E64锚定在一个双链DNA纳米装置上。将该纳米装置静脉注射到活体小鼠体内，导致DNA纳米结构通过清道夫受体介导的途径被TAMs优先内化。然后纳米装置位于内体和溶酶体中，在那里释放有效载荷以抑制溶酶体的活动。

图|设计用于增强抗肿瘤免疫的DNA纳米装置

保留了溶酶体内的抗原

作者发现，在递送DNA纳米装置时，TAM溶酶体中的肿瘤相关抗原基本上被保留下来，这有效地提高了抗原的呈现水平。更重要的是，在体内抗原激活CTL后，肿瘤的生长被削弱了。此外，作者将这一策略与抗肿瘤药物环磷酰胺（CTX）相结合，增加了TAMs附近的死亡肿瘤细胞的数量，增强了抗原供应，并导致了携带三阴性乳腺癌的小鼠模型的持续肿瘤消退。众所周知，这种癌症很难治疗，因为它对传统药物的反应很差。

图|溶酶体靶向 DNA 纳米装置(E64-DNA) 促进 TAM 的抗原交叉呈递

图|静脉内递送的 E64-DNA 靶向TAM 以激活 CD8⁺ T 细胞并减缓肿瘤生长

总结与展望：

自组装 DNA 纳米结构可以合成多种尺寸、大小、形状和表面化学性质，这为开发用于靶向药物递送的病毒模拟纳米颗粒载体提供了一些有希望的机会。然而，它们的临床转化仍然存在一些障碍。一个主要的障碍是，DNA纳米结构往往在溶酶体中被捕获和降解，从而阻碍了它们在细胞核或细胞质的治疗性靶向的应用。通过用各种类型的材料修饰DNA纳米结构，包括无机纳米颗粒、阳离子聚合物、脂质和生物分子配体，人们在改变DNA纳米结构的细胞内命运方面做了很多努力。但这种合成方法产量低，成本高。然而，正如这项工作所证明的那样，利用DNA纳米结构的固有特性并挖掘其在溶酶体中的潜力可能被证明是一种更好的生物医学应用策略。

溶酶体的内容物，包括离子、代谢物和酶，在新陈代谢、细胞通讯、免疫、增殖、自噬和细胞死亡等生物过程中发挥着重要作用。众所周知，溶酶体或其内容物的紊乱与严重疾病高度相关，包括癌症和神经退行性疾病。因此，溶酶体本身是开发新疗法的重要目标，有许多基本的生物学问题有待解开。鉴于其固有的溶酶体靶向能力，朝着这个方向发展，DNA 纳米装置的潜力似乎很大。这种方法比使用修饰的DNA纳米结构更安全、更容易获得，因为它避免了对目标细胞的化学修饰、分离和或基因修饰，为DNA纳米技术的临床转化提供了新的可能性。

参考文献：

1. Cui, C., Chakraborty,K., Tang, X.A. et al. A lysosome-targeted DNA nanodevice selectively targetsmacrophages to attenuate tumours. Nat. Nanotechnol. (2021).

https://doi.org/10.1038/s41565-021-00988-z

2. Li, J., Fan, C. A DNAnanodevice boosts tumour immunity. Nat. Nanotechnol. (2021).

https://doi.org/10.1038/s41565-021-01002-2