福州大学考研，福州大学考研专业目录及考试科目
第一作者：孙树娟
通讯作者：吴再生
通讯单位：福州大学
全文速览
大多数化疗药物必须定位于特定的细胞器和细胞亚区域，通过各自的药理机制引起预期的治疗反应。然而，绝大多数现有靶向纳米载体无法将抗癌药物运输到细胞器，治疗效果受限。针对上述挑战，该工作开发了一种新型自组装集成式纳米航天器，能够在细胞内源性miRNAs的响应下卸载DNA制导导弹，实现癌细胞线粒体抗癌药物的靶向递送。这种“DNA制导导弹集成式纳米航天器”(GM-NSC), 其本质是一种核/壳纳米复合材料：以金纳米颗粒作为核心，由DNA四面体单元以高度有序的方式自组装形成多层DNA冠作为外壳。每个四面体结构单元都配有三个功能组件：指向外部环境的癌细胞靶向性适配体、隐藏的线粒体靶向性三苯基膦和以DNAzyme为中心构件的“爆炸螺栓”。GM-NSC可高效负载抗癌药物阿霉素，同时能特异性响应癌细胞内microRNA从而释放“制导导弹”，暴露三苯基膦而实现靶向线粒体递送药物。约80%的Dox可通过GM-NSC被转移到线粒体，进而诱导线粒体介导的细胞凋亡。动物实验表明恶性肿瘤的生长几乎100%被抑制，而健康组织中未检测到毒性。GM-NSC具有良好的系统稳定性、生物相容性以及高载药能力和令人满意的在体治疗效果，作为一种很有前景的肿瘤治疗细胞器靶向药物递送平台，有望成为癌症精准治疗的替代给药系统。
研究背景
在过去的几十年里，常规化疗作为一线标准治疗方法已经广泛用于各种恶性肿瘤的治疗，然而化疗药物通常会产生脱靶效应，使药物剂量低于产生有效反应所需的水平，不可避免地降低了化疗效果。最重要的是，脱靶效应通过血液循环在全身造成药物不可控的非特异性分布，对正常组织器官造成严重损伤，在体内诱发全身毒性。为避免脱靶效应造成的全身性副作用，各种纳米载体已被广泛研究，如脂质体、纳米颗粒和聚合物等，这些纳米级给药系统提高了目标识别能力和药物在病变部位的生物利用度，在一定程度上实现了治疗效果与毒副作用的平衡。然而，多数化疗药物必须在特定的细胞器和细胞区域发挥作用，在靶向病变细胞和降低对健康细胞的细胞毒性的同时，现有的大部分靶向纳米载体不能将抗癌药物运输到细胞器，疗效不理想。基于核酸纳米技术的独特优势，该研究通过组合不同功能的部件构建集成式纳米航天器，实现靶向细胞器高效递送抗癌药物，进一步降低毒性、提高疗效。
图文导读
图1 DNA制导导弹集成式纳米航天器靶向线粒体递送药物示意图
如图1所示，受“火箭分级推进”概念的启发，该工作设计开发一种DNA-金纳米颗粒复合型纳米器件作为纳米航天器。在进入癌细胞之后，通过内源性物质触发类似“爆炸螺旋”装置的DNAzyme系统，切割底物释放制导导弹（装载药物和线粒体靶向性三苯基膦的DNA四面体），DNA四面体上的线粒体靶向分子暴露并发挥作用，最终将药物递送到线粒体，诱导细胞凋亡。因而，正如制导导弹具有精确的制导系统从而获得极高的命中精度一样，该纳米航天器可通过识别癌细胞的特定适配体部件和线粒体靶向性三苯基膦配件的组合而精准靶向癌细胞内部细胞器。
图2 GM-NSC的表征
首先利用非变性胶（PAGE）分析表征包含TPP/适配体的双靶向DNA四面体制导导弹(dT-GM)的逐步组装（图2A），然后进一步在dT-GM (Tetra)上安装由DNAzyme、Lock和Bridge组成的e -螺栓（图2B）。琼脂糖凝胶(2%)电泳分析表明由Tetra、Lock-DNAzyme和Bridge-AuNP组成的GM-NSC制备成功(图2C)，最后利用原子力显微镜成像对GM-NSC和相应中间组件进行形貌表征(图2D)。
图3 GM-NSC特异性靶向肿瘤细胞
利用共聚焦激光扫描显微镜和流式细胞仪分析GM-NSC靶向癌细胞的能力。三个相关的纳米对象，包括GM-NSC、不能靶向癌细胞的对应物nGM-NSC1以及dT-GM，用于处理 MCF-7细胞， HeLa细胞和人正常肝细胞L02。纳米材料示意图和细胞的共聚焦荧光成像图分别如图3A和3B所示，图3C展示了相应的流式细胞仪分析结果。实验现象表明GM-NSC在MCF-7细胞及HeLa细胞线粒体中成功定位,而对于L02细胞，无论GM-NSC、nGM-NSC1还是dT-GM都没有明显的细胞内化，说明GM-NSC内化依赖于肿瘤细胞特异性过表达的膜受体。
图4 GM-NSC将治疗药物Dox运输到线粒体的能力
随后，通过共聚焦荧光成像和流式细胞分析评估了GM-NSC的线粒体靶向给药特性。除GM-NSC外，还引入了三种对照制剂: 不含癌细胞靶向适体 AS1411且装载Dox的DnGM-NSC1，不含三苯基膦且装载Dox的DnGM-NSC2，以及不含AS1411和三苯基膦且装载Dox的DnGM-NSC3。如图4A所示，四种配方处理后细胞的红色Dox荧光强度呈下降趋势:DGM-NSC > DnGM-NSC2 > DnGM-NSC1≈DnGM-NSC3，这反映了其相应的给药能力。流式细胞分析呈现一致的结果（图4B和图4C）。此外，通过检测分离出的线粒体中Dox的含量（图4D）进一步证实了GM-NSC靶向线粒体给药的优越性。这些实验数据表明，适配体AS1411与线粒体靶向分子TPP结合，不仅促进了Dox进入肿瘤细胞的运输，而且大幅提高了线粒体积累，实现了基于双靶向的精准癌症治疗。在荷瘤鼠动物模型的治疗效果考察中，数据也证实DNA制导导弹集成式纳米航天器能够作为很有效的药物载体，靶向递送Dox到病变部位，取得良好的治疗效果。
总结与展望
基于适配体介导的细胞内化和三苯基膦介导的线粒体摄取，该工作证明了内源性刺激应答集成式纳米航天器GM-NSC可分阶段地将抗癌药物双靶向递送到癌细胞的细胞器。与传统载体相比，GM-NSC在精准给药方面具有以下优势：高载药能力、固有的生物相容性、长血液循环时间和分阶段的双靶向给药过程，包括适体介导的肿瘤细胞内化、细胞内GM与NSC的智能分离、将治疗药物转移到最终靶细胞器线粒体并释放。由于这些基于结构的优良特性，GM-NSC成为一种强大的靶向给药平台，可通过靶向运输抗癌药物Dox到线粒体中，在避免对正常细胞产生毒性的同时，引起显著的细胞凋亡效应。载药GM-NSC适用于体内精确癌症治疗，可完全抑制恶性肿瘤的生长，且对健康组织无明显毒性。此外，GM-NSC的治疗仍具有较大的增加用药剂量的空间，可进一步提高治疗效果。GM-NSC有望为精准癌症治疗提供一个安全有效的给药平台。
通讯作者简介
吴再生，分析化学博士，福州大学教授、博导，国家级青年人才，福建省高层次创业创新人才（百人计划），福建省闽江学者奖励计划特聘教授，中国化学会高级会员。现任福州大学肿瘤转移预警与预防研究所所长，是能源与环境光催化国家重点实验室青年骨干和福建省肿瘤转移药物干预重点实验室核心骨干。原985高校湖南大学研究生导师、化学生物传感与计量学国家重点实验室固定成员、加拿大麦克马斯特大学国际人才专项特聘博士后研究员、全国优秀博士学位论文提名作者。在功能核酸探针、核酸纳米器件、化学生物传感及细胞内关键生物分子原位成像和癌症的诊断与靶向治疗等领域发表SCI论文130多篇，其中，Nat Commun、J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed与Nucleic Acids Res 或其它中科院JCR一区、二区期刊SCI论文近120篇，影响因子IF>10的论文40多篇。曾获福建省青年科技奖与湖南省化学化工会青年化学化工奖等奖项。曾入选河南省高等学校特聘教授，是获得加拿大麦克马斯特大学Michael G. DeGroote国际人才重点专项基金的第一位中国学者（年度头条新闻与常年滚动新闻特访专家）。主持国家级或其它级别项目10多项；是重大研究计划与重点项目等5项国家自科子课题负责人或骨干成员；实质性参与973计划及重大科学研究计划项目3项; 培养或联合培养高校科研骨干教师、博士后、硕博研究生等80多名，其中部分晋升教授、博导，并入选国家级或省级人才计划。
福州大学考研(福州大学考研专业目录及考试科目)