另辟蹊径！截然不同的胞质递送方式，登上Nature Chemistry！
奇物论
2022-02-07
生物大分子，包括肽、蛋白质和RNA，由于其高效、特异性和安全性等关键优势，是治疗各种疾病的有前途的治疗方法。然而，由于其细胞膜通透性差和或限制其细胞内暴露的内体包埋，其治疗潜力尚未完全实现。因此，人们对开发能够将治疗药物输送到细胞质的安全载体有着浓厚的兴趣。理想情况下，内体逃逸可以在载体中进行化学编码，以促进治疗有效载荷的释放。或者，使用非内吞进入机制的方法也可以提高输送效率。此外，重要的是，封装方法不会影响货物的生物活性，并且载体的细胞毒性可以忽略不计。目前解决这些问题的策略依赖于纳米级载体，例如无机纳米粒子、合成聚合物或纳米级混合组件，它们可以介导细胞膜融合。在替代方法中，大分子药物与细胞穿透肽结合或复合以增强内体逃逸。尽管这些方法很有前景，并且越来越多地考虑用于临床转化，但它们也存在缺陷。具体来说，制造方法可能很复杂，并且经常使用会降低生物活性的有机溶剂。一些载体仅限于特定类型的生物大分子，而另一些则仅限于释放分子量相对较小的有效载荷。对于某些载体，例如无机和脂质纳米颗粒，也提出了安全问题。无论载体是无机基还是有机基（聚合物、脂质、肽或其融合物），通常认为它们的尺寸必须低于200nm才能穿过细胞膜。最近的研究挑战了这个概念。具体而言，研究发现通过液-液相分离（LLPS）获得的微米大小的肽凝聚物（其中可以募集蛋白质和低分子量化合物）也能够通过非内吞途径穿过细胞膜，有可能为治疗药物的细胞内传递开辟新途径。受富含组氨酸（His）的自凝聚喙蛋白（HBPs）启发的肽凝聚体与传统的纳米级递送载体相比，表现出几个优势，包括：（1）快速（在几秒钟内）和有效地在凝聚微滴内招募治疗药物；此外，诱导凝聚的物理化学条件可以通过单个氨基酸突变精确调节。基于这些优点，南洋理工大学Ali Miserez等人假设肽凝聚物可用于细胞内递送具有广泛分子量和等电点（IEP）的大分子治疗剂。成果发表在Nature Chemistry上。
为了实现这一点，研究人员开发了短的富含组氨酸、pH 响应的喙肽 (HBpep) 凝聚体，该凝聚体与含有二硫键的自我牺牲部分结合，可触发液滴的分解，从而促进有效载荷在细胞内还原环境中的递送。具体而言，HB pep在低 pH 值下处于单体状态，但随后在中性 pH 值下迅速相分离成凝聚微滴，同时在该过程中从溶液中募集各种大分子。
图|氧化还原反应肽的设计可使HBpep SR直接进入细胞内，从而绕过经典的内吞作用研究人员发现，这些凝聚体微滴绕过经典的内吞途径，能够直接有效地在细胞溶质中递送各种大分子，从小至 726 Da 的治疗性肽到大至 430 kDa 的酶。它们还可以以高转染效率递送信使RNA（mRNAs），同时还可以防止它们被核糖核酸酶过早降解，这可能是因为一旦形成微滴，RNase就不能通过微滴扩散。综上所述，本文表明，HBpep-K与自我牺牲部分结合后（HBpep SR），呈现液-液相分离，形成凝聚微滴，在其中可以有效地招募各种生物大分子（包括蛋白质、肽和 mRNA）。装载货物的凝聚体被各种细胞系吸收并在细胞质中实现氧化还原触发的货物释放。货物募集和随后释放的多功能性使这些氧化还原反应凝聚体能够提供单一或组合的大分子治疗剂，使这种细胞内递送平台成为治疗各种人类疾病（如癌症、代谢和传染病）的有希望的候选材料。值得注意的是，该方法不涉及内体逃逸或细胞膜融合（细胞内递送的两种主要机制），并且凝聚体是微米大小的载体，而不是当前绝大多数细胞内递送策略中使用的纳米载体。据推测，通过液-液相分离实现的凝聚体的液体状特性对其穿过细胞膜的能力至关重要，从而导致胆固醇依赖性摄取，尽管确切的进入机制仍不清楚，目前正在研究中。未来的工作将旨在阐明肽微滴的摄取和膜运输途径，以及评估它们的体内安全性、有效性和组织分布。还设想可以通过其他物理化学触发器诱导微滴分解和治疗剂释放，这可以进一步扩大它们在细胞内药物递送应用中的转化潜力。Sun,Y., Lau, S.Y., Lim, Z.W. et al. Phase-separating peptides for direct cytosolicdelivery and redox-activated release of macromolecular therapeutics. Nat. Chem.(2022).https://doi.org/10.1038/s41557-021-00854-4
