陳鵬課題組與合作者發(fā)展了脂質(zhì)體介導(dǎo)的細(xì)菌效應(yīng)蛋白“胞內(nèi)遞送”策略
效應(yīng)蛋白（Effector proteins）在病原菌-宿主相互作用中發(fā)揮著重要作用。它們通過調(diào)控宿主細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，免疫響應(yīng)等方式，促進(jìn)細(xì)菌的侵染。這些效應(yīng)蛋白往往都是靶向細(xì)胞中特定的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，并具有獨(dú)特的底物識(shí)別機(jī)制和催化機(jī)理。因此，利用細(xì)菌效應(yīng)蛋白調(diào)控細(xì)胞內(nèi)異常的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)治療性應(yīng)用，具有廣闊的前景。然而，目前尚缺乏有效的蛋白質(zhì)胞內(nèi)遞送策略，限制了這些潛在的應(yīng)用。近年來，陽離子脂質(zhì)體介導(dǎo)的蛋白質(zhì)胞內(nèi)遞送策略，憑借其高效的遞送能力，吸引了研究者們的關(guān)注。
細(xì)胞內(nèi)異常激活的MAPK激酶信號(hào)通路是導(dǎo)致包括癌癥在內(nèi)的多種疾病產(chǎn)生的重要原因。因此，抑制異常激活的MAPK信號(hào)是一種有效的癌癥治療策略，但目前臨床使用的針對(duì)MAPK通路的小分子抑制劑易產(chǎn)生耐藥性。近年來，對(duì)MAPK通路的共價(jià)抑制策略，尤其是對(duì)其終端蛋白ERK進(jìn)行不可逆阻斷，吸引了極大的關(guān)注。
志賀氏桿菌效應(yīng)蛋白OspF能夠特異地靶向宿主MAPK信號(hào)通路的終端激酶ERK，并通過一種β-消除的不可逆反應(yīng)，使ERK蛋白永久失活，從而徹底阻斷MAPK信號(hào)通路。 受此啟發(fā)，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院陳鵬教授與中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所汪銘研究員合作，借助于高通量脂質(zhì)體篩選策略，實(shí)現(xiàn)了陽離子脂質(zhì)體介導(dǎo)的OspF胞內(nèi)遞送，對(duì)癌細(xì)胞MAPK信號(hào)通路和腫瘤生長(zhǎng)進(jìn)行了特異抑制，并對(duì)巨噬細(xì)胞免疫響應(yīng)進(jìn)行了特異調(diào)控（圖1）。相關(guān)成果以“Cationic Lipid-based Intracellular Delivery of Bacterial Effectors for Rewiring Malignant Cell Signaling”為題在Angewandte Chemie International Edition雜志上發(fā)表。
圖1 細(xì)菌效應(yīng)蛋白“胞內(nèi)遞送”的策略與應(yīng)用
作者通過構(gòu)建陽離子脂質(zhì)體文庫和基于OspF催化機(jī)理的高通量篩選平臺(tái)，成功地獲得了能夠高效遞送OspF的陽離子脂質(zhì)體（圖2）。細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)證明OspF能夠借助陽離子脂質(zhì)體而有效地被細(xì)胞攝取。
圖2 基于陽離子脂質(zhì)體的高通量篩選平臺(tái)
接下來，作者探究了OspF對(duì)癌細(xì)胞MAPK信號(hào)的調(diào)控作用。結(jié)果表明，OspF能夠在多種癌細(xì)胞中有效地抑制ERK的活性，繼而阻斷MAPK信號(hào)。進(jìn)一步地，在小鼠腫瘤模型上，作者觀察到了被陽離子脂質(zhì)體遞送的OspF有效地富集在腫瘤部位，并展現(xiàn)了有效地抑制腫瘤生長(zhǎng)的能力（圖3）。
圖3 胞內(nèi)遞送的OspF能夠有效抑制腫瘤生長(zhǎng)
最后，作者嘗試?yán)肙spF調(diào)控巨噬細(xì)胞的免疫響應(yīng)。結(jié)果表明，借助于陽離子脂質(zhì)體，OspF被成功地遞送至巨噬細(xì)胞，并通過MAPK信號(hào)調(diào)控了巨噬細(xì)胞炎癥因子釋放等免疫響應(yīng)（圖4）。
圖4 OspF調(diào)控巨噬細(xì)胞免疫響應(yīng)
綜上，作者報(bào)導(dǎo)了一種陽離子脂質(zhì)體介導(dǎo)的細(xì)菌效應(yīng)蛋白胞內(nèi)遞送策略，用以調(diào)控癌細(xì)胞的異常信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而抑制腫瘤的生長(zhǎng)。同樣的策略還可以被用于巨噬細(xì)胞等難以轉(zhuǎn)染的免疫細(xì)胞類型。該工作為深入挖掘細(xì)菌天然效應(yīng)蛋白在疾病治療等方面的潛力，提供了一種普適性的策略。
論文的共同第一作者為北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院博士研究生楊紹君和中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所碩士研究生唐巧；陳鵬教授與汪銘研究員為共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心以及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。
論文鏈接： https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202009572
DOI: 10.1002/anie.202009572 and 10.1002/ange.202009572
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