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上海交通大学姚广保樊春海团队JACS:可编程边长单链RNA折纸实现可控先天免疫激活

时间: 2024-03-30 17:54:03 |   作者: 产品中心

  • 产品描述
  •   核酸感应受体(NA-sensing receptors)是一类重要的先天免疫受体,其对于维持细胞和机体的稳态特别的重要。针对核酸感应受体的配体(ligands)开发,能轻松实现先天免疫系统的可控激活,在抗病毒和抗肿瘤领域有着重要应用。然而,复杂的核酸感应调控机制,对核酸类配体的靶向递送、原位有效浓度和可控的免疫原性提出了很高要求。首先,核酸感应受体的区室化分布,要求核酸配体实现细胞器水平的精准递送。例如Toll样受体(TLRs)大多分布在细胞膜或者内体(溶酶体)中,而cGAS-STING、RIG-I等通路需要配体在细胞内进行激活。其次,核酸类配体可能被核酸酶或者特定细胞器加工降解,这直接影响到配体的局部有效浓度和可利用性,进而影响到受体的识别和激活。最后,核酸识别受体在不同免疫细胞的表达差异和下游信号串扰,也对核酸配体的可控免疫原性和安全性,提出了更高的要求。

      大于40 bp的双链RNA是TLR3的配体,能轻松实现TLR3的二聚化。使用长双链RNA或者其类似物,如聚肌苷酸胞苷酸(polyIC),能轻松实现TLR3通路的激活。然而,这些RNA配体容易被血液和组织中的RNA酶解,影响了它们的生物医学应用。同时,polyIC的分子量分布宽,呈现出不均一的物化性质,同时会串扰其他免疫通路,带来了安全风险,限制了其临床收益。因此,亟需一种TLR3新型的免疫激活剂(佐剂)的额策略,以实现高效、安全、可控地TLR3激活。

      针对以上问题,上海交通大学变革性分子前沿科学中心、化学化工学院的姚广保、樊春海院士,联合上海交通大学医学院附属仁济医院刘颖斌课题组、亚利桑那州立大学颜颢课题组提出了一种基于单链RNA折纸的新型TLR3免疫佐剂的设计策略。单链RNA折纸可以调控形状和尺寸,拥有非常良好的生物稳定性、细胞器靶向性和可控的免疫原性,实现了TLR3的可预测地激活。这一策略为后续靶向核酸受体的配体设计提供了参考。

      研究人员设计了不一样的形状和不同边长的单链RNA折纸。单链RNA折纸内部的P型交叉(paranemic-crossover)结构,极大的提升了其抗RNA酶降解的能力,并提升了RNA折纸在内体溶酶体中的滞留时间,这也为后续TLR3的持续激活提供了基础。

      随后,研究人员发现,调控单链RNA折纸的边长,能控制RNA折纸与TLR3的相互作用,进一步地会影响到巨噬细胞的激活状态。边长为77 bp的单链RNA折纸,与TLR3的相互作用较弱,其巨噬细胞的激活能力不高。而长边长(143 bp 和 209 bp)的单链RNA折纸,可以与TLR3形成更大的聚集体,同时也可以更有效地激活巨噬细胞。巨噬细胞的激活程度,与单链RNA折纸的边长呈现正相关。

      在分子和细胞实验的基础上,研究人员选取长边长的单链RNA作为新型佐剂,进一步在小鼠活体上,验证单链RNA折纸作为新型免疫佐剂的潜力。研究人员通过瘤内注射的方式,将209 bp的长方形单链RNA折纸注射到荷瘤小鼠体内,并使用单细胞测序(scRNA-seq)技术,分析比较实体瘤内免疫微环境中,先天免疫细胞的变化。研究人员发现,注射过单链RNA折纸的小鼠肿瘤中,相较空白组和polyIC实验组,有着更多激活的巨噬细胞和中心粒细胞,这些细胞展现出抗肿瘤的功能。最后,作者将单链RNA折纸联合PD-L1抗体,在小鼠胰腺癌皮下瘤模型上做验证,发现单链RNA折纸可以联合PD-L1抗体,有效地实现肿瘤生长抑制。

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