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还原响应型连接子偶联核酸适体和丝裂霉素C用于协同增强抗肿瘤效果

注:文末有本文科研思路分析


丝裂霉素C(Mitomycin C)是一种DNA烷基化试剂,能与DNA的双螺旋结构形成交联,抑制增殖期DNA的复制,对增殖期中的细胞均有杀伤作用,临床适用于胃肿瘤、肠肿瘤、肝肿瘤及胰肿瘤等肿瘤症,具有广谱的抗肿瘤活性。但丝裂霉素C存在稳定性差,缺乏靶向性,毒副作用大等缺点。如何克服这些缺点呢?


核酸适体(Aptamer)是利用体外筛选技术—指数富集的配体系统进化技术(Systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX),从核酸分子文库中得到的寡核苷酸片段,能够特异性结合靶标分子。核酸适体筛选周期短,易于合成和修饰,制备成本低,稳定性更强,靶标范围广,毒性和免疫原性低,组织穿透性强,在肿瘤诊疗中得到广泛应用。


近日,湖南大学谭蔚泓教授(点击查看介绍)、王雪强教授(点击查看介绍)课题组利用核酸适体优异的靶向肿瘤细胞的能力,设计了三种由不同连接子连接的核酸适体-丝裂霉素C偶联物(ApDCs),赋予了丝裂霉素C选择性识别肿瘤细胞能力,从而达到特异性杀伤肿瘤细胞的效果。研究发现,不同化学性质的连接子也会对丝裂霉素C的细胞毒性产生影响,使用还原响应型(GSH)连接子偶联核酸适体和丝裂霉素C,可实现丝裂霉素C在细胞内的选择性原位释放,显著药物增强的细胞毒性。此外,还可大幅延长丝裂霉素C的半衰期,有效克服毒副作用大的局限性,为抗肿瘤药物研发提供了新思路。

图1. 核酸适体-药物偶联物合成示意图


该文的优异点在于设计合成三种不同响应释放性能的核酸适体-丝裂霉素C偶联物,系统研究了核酸适体和连接子协同促进增强丝裂霉素C抗肿瘤效果的分子机理。研究表明,偶联物的毒性协同增强作用与核酸适体对靶细胞的特异性识别、高亲和力结合、受体介导的内吞以及对还原剂(GSH)的响应速率密切相关。同时,研究发现这种协同增强作用具有较好的普适性,可用于多种靶向不同肿瘤细胞核酸适体-丝裂霉素C偶联物的构建,为新型核酸适体-药物偶联的设计开发提供新的理论指导。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上,文章的第一作者是湖南大学博士研究生杨秋霞和博士后邓正玉


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Conjugating Aptamer and Mitomycin C with Reductant-Responsive Linker Leading to Synergistically Enhanced Anticancer Effect

Qiuxia Yang, Zhengyu Deng, Dan Wang, Jiaxuan He, Dailiang Zhang, Yan Tan, Tianhuan Peng, Xue-Qiang Wang*, Weihong Tan*

J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 2532-2540, DOI: 10.1021/jacs.9b12409


导师介绍

谭蔚泓

https://www.x-mol.com/university/faculty/10092

王雪强

https://www.x-mol.com/university/faculty/65942


科研思路分析


Q:这项研究最初是什么目的?或者说想法是怎么产生的?

A:如上所述,丝裂霉素具有广谱的抗肿瘤活性,但其稳定性差,缺乏靶向性,毒副作用大,极大阻碍了其临床应用。为了克服这些缺点,提高其抗肿瘤效果,我们充分发挥团队在核酸适体研究上面的深入理解,设计了三种由不同连接子连接的核酸适体-丝裂霉素C偶联物,利用连接子对还原性物质GSH不同的响应性质,达到调控核酸适体-丝裂霉素C偶联物抗肿瘤效果的研究目标,这为肿瘤靶向药物设计提供了一个全新的思路,同时也为丝裂霉素C的高效临床应用提供了可能。


Q:研究过程中遇到哪些挑战?

A:我们充分考虑丝裂霉素C的药物活性位点,利用核酸适体、三种性质不同的连接子并结合肿瘤细胞内微环境来调控核酸适体-丝裂霉素C偶联物的抗肿瘤效果。这是一个新的尝试,我们课题组缺乏相关经验,核酸适体-丝裂霉素C偶联物的合成需要付出很多时间去优化,做了很多努力。


同时,我们对合成的偶联物进行毒性实验时发现GSH响应型偶联物相比于单纯的小分子药物丝裂霉素C来说,细胞毒性大大增强,这是个值得高兴的实验现象。那么为什么会有这种现象?这需要我们去探究,理解毒性增强现象背后的原理。在进行大量调研思考与实验之后,我们初步认为核酸适体的靶向能力、GSH响应型连接子的快速响应能力以及对丝裂霉素C的保护和在细胞内的原位释放的协同作用是毒性增强的主要原因。


Q:该研究成果可能有哪些重要的应用?哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助?

A:核酸适体-丝裂霉素C偶联物能有效克服小分子药物丝裂霉素C无细胞识别能力、毒副作用大、治疗窗口小的局限性,赋予其特异性识别肿瘤细胞的能力。同时,通过使用GSH响应型连接子大幅增强了丝裂霉素C抗肿瘤效果,这为靶向抗肿瘤药物的研发提供了新的思路和方向,也为靶向抗肿瘤药物的原位释放设计奠定了基础。我们相信这个研究成果有望推动恶性肿瘤靶向治疗和肿瘤患者精准治疗研究领域的发展。


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