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IF:27.4《AM》南開(kāi)大學(xué)余志林:肽的原位液-液相分離成靶向無(wú)膜細(xì)胞器的液滴以增強(qiáng)癌癥化療
專(zhuān)欄:學(xué)術(shù)前沿
發(fā)布日期:2025-05-14
作者:創(chuàng)賽科研

-液相分離(LLPS)是一種現(xiàn)象,合成聚合物和天然聚合物通過(guò)熱力學(xué)作用從均勻溶液中濃縮大分子,形成共醋液滴,這一過(guò)程由長(zhǎng)程和短程相互作用共同驅(qū)動(dòng)。在宏觀塊狀系統(tǒng)中,LLPS 通常以形成懸浮的微米級(jí)液滴為特征,這些液滴在共醋作用后最終形成兩個(gè)宏觀相。相比之下,真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)和核酸的相分離導(dǎo)致生物分子凝聚體的形成,這些凝聚體在擁擠的細(xì)胞質(zhì)環(huán)境中穩(wěn)定存在,形成無(wú)膜細(xì)胞器(MLOs)。

與由脂質(zhì)雙層膜分隔的經(jīng)典細(xì)胞器(如線粒體和高爾基體)不同,MLOs 在無(wú)物理屏障的液體空間內(nèi)分隔生物聚合物。過(guò)去十年間,MLOs 在調(diào)節(jié)眾多生物功能(從信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)到基因轉(zhuǎn)錄 翻譯,再到應(yīng)激反應(yīng))中的關(guān)鍵作用已被證實(shí)。MLOs 功能障礙(由相分離過(guò)度或不足引起)可能影響基本過(guò)程,進(jìn)而導(dǎo)致包括癌癥、神經(jīng)退行性疾病和傳染病在內(nèi)的多種疾病。因此,MLOs 在調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)中的關(guān)鍵作用使其成為治療干預(yù)的潛在靶結(jié)構(gòu)。盡管已開(kāi)發(fā)出可與 MLOs 組分蛋白結(jié)合或調(diào)節(jié)蛋白表達(dá)信號(hào)通路的小分子藥物,但直接與異常 MLOs 結(jié)合并調(diào)節(jié)其生物活性的方法仍有待探索。


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針對(duì)上述問(wèn)題,南開(kāi)大學(xué)余志林教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種酶響應(yīng)性原位液 - 液相分離系統(tǒng),用于靶向無(wú)膜細(xì)胞器以增強(qiáng)癌癥化療效果。研究中利用了肽的刺激響應(yīng)性以及液滴與應(yīng)激顆粒(SGs)凝聚的潛在優(yōu)勢(shì)。通過(guò)在肽中引入硫酸酯酶響應(yīng)性硫酸化酪氨酸,實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞中原位相分離的建立。硫酸酯酶是一種在多種癌細(xì)胞中異常過(guò)表達(dá)的溶酶體定位酶,主要在溶酶體中發(fā)揮催化活性。研究結(jié)果表明,這種原位形成的液滴能夠靶向 SGs,通過(guò)與 SGs 的凝聚直接抑制其功能,從而解決癌癥化療中的藥物耐受性問(wèn)題。該研究于2025年5月7日以《In Situ Liquid-Liquid Phase Separation of Peptides Into Droplets Targeting Membraneless Organelles for Enhanced Cancer Chemotherapy為題發(fā)表于Advanced Materials》上DOI10.1002/adma.202420399)。


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研究示意圖

(1)肽YSO4F的酶響應(yīng)性LLPS研究

肽 YSO4F 及其天然對(duì)應(yīng)物 YF 合成與純化后(圖 1A),經(jīng)超高效液相色譜 - 質(zhì)譜(UPLC-MS)評(píng)估 YSO4F 的酶響應(yīng)性。UPLC 動(dòng)力學(xué)研究顯示,加入硫酸酯酶后 YSO4F 逐漸轉(zhuǎn)化為 YF(圖 1B、C)。經(jīng) YF 相分離的濃度依賴(lài)性研究確定酶誘導(dǎo) LLPS 的條件,光學(xué)顯微鏡顯示 YF 在 1.4 mm 濃度下形成液滴(圖 1D)。YSO4F 的酶誘導(dǎo) LLPS 通過(guò)先在酸性溶液中孵育肽與硫酸酯酶,再調(diào)溶液 pH 至 7.4 進(jìn)行。相同條件下,單獨(dú) YSO4F 呈均質(zhì)溶液(圖 1E),經(jīng)硫酸酯酶處理后形成明顯液滴(圖 1F),表明硫酸酯酶誘導(dǎo) YSO4F 發(fā)生 LLPS。YSO4F 與硫酸酯酶孵育并調(diào) pH 至 7.4 后,CLSM 圖像顯示形成綠色球形液滴(圖 1G)。CLSM 圖像還顯示不同液滴間的融合,兩個(gè)小液滴在 90 秒內(nèi)共醋成一個(gè)大液滴(圖 1H)。以上結(jié)果直接證明 YSO4F 在硫酸酯酶誘導(dǎo)酪氨酸殘基硫酸根水解后發(fā)生酶響應(yīng)性 LLPS,為在過(guò)表達(dá)硫酸酯酶的活細(xì)胞中原位建立相分離奠定基礎(chǔ)。


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圖1 A) 硫酸化肽 YSO4F 及其天然對(duì)應(yīng)物 YF 的化學(xué)結(jié)構(gòu)。B) 硫酸化肽 YSO4F(100 μm)在不同時(shí)間用硫酸酯酶(20 U/mL)處理的超高效液相色譜(UPLC)圖譜。C) 在酶濃度為 20 U/mL 的條件下,YSO4F(100 μm)中硫酸根水解轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化。D) 不同濃度下肽 YF 的光學(xué)顯微鏡(OM)圖像,從左到右:1.3、1.4、1.5、1.6 和 1.8 mm。E,F(xiàn)) 溶液中肽 YSO4F(1.4 mm)在與硫酸酯酶孵育前(E)和 24 小時(shí)后(F)的光學(xué)顯微鏡(OM)圖像。G) 經(jīng)硫酸酯酶處理的 YSO4F(1.4 mm)形成的液滴的共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像,用于說(shuō)明熒光恢復(fù)后光漂白(FRAP)過(guò)程。H) 經(jīng)硫酸酯酶處理的 YSO4F(1.4 mm)形成的液滴融合的共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像

(2)肽YSO4F在癌細(xì)胞中的攝取與原位LLPS研究

選用過(guò)表達(dá)硫酸酯酶的鼠乳腺癌細(xì)胞系 4T1 作為模型細(xì)胞。在相分離研究前,通過(guò)流式細(xì)胞分析和熒光信號(hào)強(qiáng)度定量,發(fā)現(xiàn) 4T1 細(xì)胞對(duì) YSO4F 的攝取優(yōu)于 YF(圖 2A、B),推測(cè)與其不同的攝取途徑有關(guān)。由于硫酸酯酶在驅(qū)動(dòng)原位 LLPS 過(guò)程中的關(guān)鍵作用及其在溶酶體中的催化微環(huán)境,研究了 YSO4F 的內(nèi)化途徑。共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像顯示 YF 和 YSO4F 被 4T1 細(xì)胞成功攝?。▓D 2C)。YSO4F 處理的 4T1 細(xì)胞中,肽 FITC 與溶酶體示蹤劑信號(hào)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)(PCC)值最初約為 0.73,12 小時(shí)后降至 0.23(圖 2D),表明肽與溶酶體的共定位及其溶酶體逃逸,闡明了 YSO4F 的溶酶體介導(dǎo)攝取途徑。YSO4F 經(jīng)硫酸酯酶誘導(dǎo)水解為帶正電的 YF 后,可能通過(guò)質(zhì)子海綿效應(yīng)促進(jìn)溶酶體逃逸。此外,CLSM 圖像顯示 4T1 細(xì)胞內(nèi)形成球形液滴,經(jīng) FRAP 研究發(fā)現(xiàn),肽溶酶體逃逸后,4T1 細(xì)胞內(nèi)的綠色液滴在光漂白后熒光恢復(fù)強(qiáng)勁(圖 2E),表明 YSO4F 在 4T1 細(xì)胞內(nèi)發(fā)生原位相分離形成液滴。


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2 A) 通過(guò)流式細(xì)胞分析法分析 4T1 細(xì)胞在不同時(shí)間點(diǎn)攝取 1.4 mM 的肽 YSO4F 和 YF。B) 流式細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中,4T1 細(xì)胞與 YSO4F 或 YF 共孵育后的定量熒光強(qiáng)度。C) 4T1 細(xì)胞在 1.4 mM YSO4F 存在下孵育 2、4、8 和 12 小時(shí)的共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像,用 Lyso-Red 熒光示蹤劑染色。D) 用 YSO4F 或 YF 處理的 4T1 細(xì)胞在不同時(shí)間點(diǎn),Lyso-Red 熒光示蹤劑與 FITC 信號(hào)之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)(PCC)值。E) 用 YSO4F 處理 12 小時(shí)的 4T1 細(xì)胞的共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像,以確認(rèn)原位形成液滴的熒光恢復(fù)后光漂白(FRAP)特性

(3)基于酶誘導(dǎo)原位 LLPS 系統(tǒng)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)靶向功能研究

將 YSO4F 與 TPP-YSO4F 按 9:1 摩爾比混合,制備了混合物 m-YSO4F-Lm(圖 3A),其中 m 表示混合物,Lm 表示靶向線粒體的配體。,證實(shí)了其酶誘導(dǎo)的 LLPS。同樣,通過(guò)混合 YF 和 TPP-YF 制備了含配體的液滴 d-YF-Lm。通過(guò)監(jiān)測(cè)肽 FITC 與線粒體示蹤劑信號(hào)的共定位,評(píng)估了形成的液滴的線粒體靶向特性(圖 3B)。CLSM 圖像顯示,m-YSO4F-Lm 處理 12、16 和 20 小時(shí)后,F(xiàn)ITC 與線粒體示蹤劑信號(hào)的 PCC 值逐漸增加(圖 3C),表明液滴在細(xì)胞質(zhì)中圍繞線粒體積累。通過(guò) MTT 實(shí)驗(yàn)評(píng)估了 m-YSO4F-Lm 對(duì)癌細(xì)胞的毒性及其誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的機(jī)制。結(jié)果表明,YSO4F、m-YSO4F-Lm 和 d-YF-Lm 均能略微降低 4T1 細(xì)胞的活性(圖 3D),其中 m-YSO4F-Lm 由于其增強(qiáng)的細(xì)胞攝取和線粒體靶向特性,對(duì) 4T1 細(xì)胞表現(xiàn)出較高的毒性。由于靶向配體在毒性中的關(guān)鍵作用,通過(guò)監(jiān)測(cè)線粒體的完整性來(lái)探究 m-YSO4F-Lm 殺死癌細(xì)胞的機(jī)制。CLSM 圖像顯示,經(jīng) m-YSO4F-Lm 處理 24 小時(shí)的 4T1 細(xì)胞中出現(xiàn)強(qiáng)烈的綠色熒光信號(hào),表明線粒體去極化,從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡(圖 3E)。通過(guò)流式細(xì)胞實(shí)驗(yàn)定量分析了不同處理下 4T1 細(xì)胞中紅色和綠色熒光信號(hào)的強(qiáng)度比值,結(jié)果表明,經(jīng) m-YSO4F-Lm 處理的 4T1 細(xì)胞中 J - 聚集體顯著減少(圖 3F),證明了線粒體去極化和功能障礙是細(xì)胞凋亡的原因??傮w而言,研究表明原位形成的共醋液滴具有線粒體靶向特性,可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。


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圖3 A) 通過(guò) YSO4F 與配體 TPP-YSO4F 混合制備液滴前體混合物 m-YSO4F-Lm 及其在 4T1 細(xì)胞中原位相分離成液滴 d-YF-Lm 以靶向線粒體并誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的示意圖。B) 用 Mito-Red 染色線粒體后,經(jīng) m-YSO4F-Lm(1.4 mm)處理 12、16 和 20 小時(shí)的 4T1 細(xì)胞的共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像。C) 用 YSO4F 或 m-YSO4F-Lm 處理的 4T1 細(xì)胞在不同時(shí)間點(diǎn),Mito-Red 熒光示蹤劑與 FITC 信號(hào)之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)(PCC)值。D) 4T1 細(xì)胞經(jīng) YSO4F、d-YF-Lm 和 m-YSO4F-Lm 在不同濃度下處理 24 小時(shí)后的細(xì)胞活性。E) 用 JC-1 標(biāo)記的 4T1 細(xì)胞經(jīng) m-YSO4F-Lm(1.4 mM)處理 0、6、12、18 和 24 小時(shí)后的共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像。F) 用不同處理孵育的 JC-1 標(biāo)記的 4T1 細(xì)胞中,與 J-聚集體(紅色)和 J-單體(綠色)信號(hào)相關(guān)的熒光強(qiáng)度比值的流式細(xì)胞分析結(jié)果

(4)無(wú)膜應(yīng)激顆粒靶向功能研究

完成膜細(xì)胞器靶向研究后,進(jìn)一步探索了原位 LLPS 系統(tǒng)對(duì)無(wú)膜應(yīng)激顆粒(SG)的靶向功能。合成與 G3BP2 具有可靠親和力的配體 FGDF-YSO4F 和 FGDF-YF,將其與親本肽混合,得到混合物 m-YSO4F-LSG 和液滴 d-YF-LSG(圖 4A)。微量熱泳動(dòng)(MST)研究顯示 FGDF-YF 與 G3BP2 的結(jié)合常數(shù)為 21.6 μm,表明其對(duì) SG 具有潛在靶向活性(圖 4B)。在 MST 研究中,固定 YF 濃度為 1.4 mm 維持液滴結(jié)構(gòu),將 FGDF-YF 濃度設(shè)置為與單獨(dú)配體 MST 研究相同范圍,結(jié)果顯示配體加入液滴 d-YF-LSG 后,配體 - 蛋白結(jié)合增強(qiáng) 3.9 倍(圖 4C),表明液滴募集配體和蛋白,促進(jìn)它們結(jié)合。根據(jù) MST 結(jié)合曲線,配體與蛋白結(jié)合在 FGDF-YF 濃度 70 - 100 μm 時(shí)達(dá)到穩(wěn)定平臺(tái)階段,因此以 5% 含量將配體混入混合物或液滴中(圖 4A)。MTT 實(shí)驗(yàn)顯示,YSO4F、m-YSO4F-LSG 或 d-YF-LSG 處理 A549 細(xì)胞未顯著降低細(xì)胞活性(圖 4D),表明肽對(duì)癌細(xì)胞細(xì)胞毒性低。索拉非尼對(duì) A549 細(xì)胞表現(xiàn)出中等細(xì)胞毒性,半致死劑量(IC50)值約為 13 μm(圖 4E)。然而,m-YSO4F-LSG 或 d-YF-LSG 預(yù)處理 A549 細(xì)胞后,再與索拉非尼共孵育,導(dǎo)致顯著細(xì)胞死亡,特別是 m-YSO4F-LSG 與索拉非尼聯(lián)合處理使索拉非尼 IC50 值降至 3 μm,表明原位形成液滴具有細(xì)胞毒性增敏作用。m-YSO4-LSG 存在下孵育 A549 細(xì)胞,再用索拉非尼刺激,導(dǎo)致 A549 細(xì)胞內(nèi)明顯形成共醋液滴(圖 4F),線掃描分析顯示肽 FITC 和 G3BP2-IF 染色信號(hào)顯著重疊。相比之下,YSO4F 孵育的 A549 細(xì)胞(也在 A549 細(xì)胞中形成共醋液滴)未顯示 FITC 和 IF 染色信號(hào)重疊(圖 4G),結(jié)果強(qiáng)有力地表明原位形成液滴與蛋白 G3BP2 重疊源于配體與蛋白 G3BP2 結(jié)合。


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圖4 A) 通過(guò) YSO4F 與配體 FGDF-YSO4F 混合制備混合物 m-YSO4F-LSG 及其在 A549 細(xì)胞中原位 LLPS 形成液滴 d-YF-LSG 以靶向應(yīng)激顆粒(SG)并誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的示意圖。B, C) 微量熱泳動(dòng)(MST)實(shí)驗(yàn)曲線顯示配體 FGDF-YF(B)或液滴 d-YF-LSG(C)與蛋白 G3BP2 的結(jié)合親和力隨配體濃度的變化。D) A549 細(xì)胞經(jīng) YSO4F、d-YF-LSG 或 m-YSO4F-LSG 處理 24 小時(shí)后的細(xì)胞活性。E) A549 細(xì)胞單獨(dú)用索拉非尼(Sor:1)處理 12 小時(shí),或用 YSO4F(2)、FGDF-YSO4F(3)、d-YF-LSG(4)或 m-YSO4F-LSG(5)處理 12 小時(shí)后與索拉非尼共孵育 12 小時(shí),其中顯示了半致死劑量(IC50)值。F, G) 共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像顯示用 m-YSO4F-LSG(1.4 mm)(F)或 YSO4F(1.4 mm)(G)處理 12 小時(shí)并用索拉非尼共孵育 2 小時(shí)的 A549 細(xì)胞的免疫熒光染色 G3BP2

(5)原位形成液滴的 SG 靶向功能及機(jī)制研究

原位形成的液滴通過(guò)凝聚整個(gè)應(yīng)激顆粒(SG)或招募單個(gè)蛋白 G3BP2 來(lái)增強(qiáng)索拉非尼的細(xì)胞毒性。共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像顯示,經(jīng) m-YSO4F-LSG 處理并用索拉非尼刺激的 A549 細(xì)胞中,肽 FITC 與 T 細(xì)胞內(nèi)抗原 1(TIA-1)免疫熒光染色信號(hào)顯著共定位(圖 5A),表明液滴與整個(gè) SG 的凝聚;而經(jīng) YSO4F 處理的 A549 細(xì)胞中,綠色 FITC 和紅色免疫熒光染色信號(hào)完全分離(圖 5B),直接證明了原位形成液滴的 SG 靶向特性。CLSM 圖像還顯示,用 NT-647 熒光染料標(biāo)記的 G3BP2 與 d-YF-LSG 共孵育后,綠色 FITC 和紅色 NT-647 熒光信號(hào)高度重疊(圖 5C),表明液滴招募了 G3BP2。此外,在未用索拉非尼刺激的 A549 細(xì)胞中,m-YSO4F-LSG 也能使蛋白免疫熒光染色信號(hào)與肽 FITC 信號(hào)共定位(圖 5D),表明即使在無(wú) SG 形成的條件下,液滴也能招募蛋白 G3BP2,招募蛋白可能是增強(qiáng)索拉非尼細(xì)胞毒性的次要途徑。


Western blot 實(shí)驗(yàn)顯示,經(jīng)肽和索拉非尼處理的 A549 細(xì)胞中,m-YSO4F-LSG 處理的細(xì)胞磷酸化 p38(P-p38)和裂解的 caspase-3 水平顯著增加(圖 5F),證實(shí)了原位形成液滴增強(qiáng)了索拉非尼的 caspase 依賴(lài)性凋亡途徑。盡管天然液滴 d-YF-LSG 和配體 FGDF-YSO4F 與索拉非尼共孵育也能提高活化 caspase-3 水平,但與 m-YSO4F-LSG 相比,其改善有限,表明原位相分離在抑制 SG 功能方面具有優(yōu)勢(shì)。CLSM 圖像顯示,在 m-YSO4F-LSG + 索拉非尼處理的細(xì)胞中,RACK1 被液滴招募的情況顯著減少(圖 5G),與傳統(tǒng) SG 抑制劑 ISRIB 的結(jié)果一致。Western blot 分析還顯示,索拉非尼處理的 A549 細(xì)胞中 MTK1 磷酸化被顯著抑制,而添加 m-YSO4F-LSG 或 ISRIB 可增加 MTK1 磷酸化水平(圖 5H),表明液滴 - SG 共醋液滴阻止了 RACK1 的隔離,并隨后激活了 MTK1 磷酸化,從而抑制了 SG 功能(圖 5I)。


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圖5 A, B) 經(jīng) m-YSO4F-LSG(A)或 YSO4F(B)處理 12 小時(shí)并用索拉非尼刺激 2 小時(shí)的 A549 細(xì)胞的免疫熒光染色 TIA-1 的共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像。C) 含有 NT-647 標(biāo)記的蛋白 G3BP2 的液滴 d-YF-LSG 的共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像。D) 僅用 m-YSO4F-LSG 處理 12 小時(shí)的 A549 細(xì)胞的免疫熒光染色 G3BP2 的共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像。E, F) 經(jīng) PBS(1)、m-YSO4F-LSG(2)處理 24 小時(shí),或經(jīng) Sor(3)處理 12 小時(shí),以及經(jīng) d-YF-LSG(4)、FGDF-YSO4F(5)或 m-YSO4F-LSG(6)處理 12 小時(shí)后與索拉非尼共孵育 12 小時(shí)的 A549 細(xì)胞內(nèi) p38、P-p38、caspase-3 和裂解 caspase-3 水平的 Western blot 實(shí)驗(yàn)(E)和定量數(shù)據(jù)(F)。G) 預(yù)孵育 12 小時(shí) m-YSO4F-LSG(1.4 mm)并用索拉非尼(13 μm)額外孵育 2 小時(shí)的 A549 細(xì)胞的免疫熒光染色 G3BP2 和 RACK1 的共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像。H) 經(jīng) PBS、索拉非尼(13 μm)處理 2 小時(shí),預(yù)孵育 m-YSO4F-LSG(1.4 mm)12 小時(shí)或 ISRIB(200 nm)2 小時(shí)并用索拉非尼(13 μm)額外孵育 2 小時(shí)的 A549 細(xì)胞內(nèi) MTK1 和 P-MTK1 水平的 Western blot 實(shí)驗(yàn)。I) 原位形成液滴抑制 SG 功能并激活 caspase 依賴(lài)性凋亡途徑的機(jī)制示意圖。統(tǒng)計(jì)分析采用單因素方差(ANOVA)分析。*p < 0.05,**p < 0.01,***p < 0.001

(6)原位LLPS系統(tǒng)的體內(nèi)化療效果及生物安全性研究

驗(yàn)證原位 LLPS 系統(tǒng)的無(wú)膜細(xì)胞器靶向功能后,開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究原位形成液滴的體內(nèi)化療效果。用 A549 細(xì)胞皮下注射建立荷瘤 Balb/c 小鼠模型,腫瘤體積約 100 mm3 時(shí),小鼠隨機(jī)分七組,每組接受四次給藥,每隔一天一次。索拉非尼腹腔注射,肽瘤內(nèi)注射,聯(lián)合給藥時(shí)交替日注射。治療期間,每?jī)商煊涗浺淮谓o藥小鼠體重和腫瘤體積,21 天后解剖研究腫瘤組織。腫瘤生長(zhǎng)曲線和重量顯示,m-YSO4F-LSG 聯(lián)合索拉非尼組腫瘤生長(zhǎng)最慢(圖 6A、B),表明原位形成液滴對(duì)索拉非尼化療有增敏效果。解剖腫瘤組織大小也證實(shí)了聯(lián)合注射抑制腫瘤生長(zhǎng)(圖 6C)。接著,通過(guò)解剖腫瘤組織切片的 CLSM 研究,探究肽的體內(nèi)相分離和原位形成液滴的 SG 靶向行為。可能證實(shí)了肽的硫酸酯酶誘導(dǎo)體內(nèi)相分離。此外,給藥后 24 小時(shí)小鼠腫瘤組織切片顯示,綠色肽 FITC 和紅色 G3BP2 免疫熒光染色信號(hào)顯著重疊,皮爾遜相關(guān)系數(shù)(PCC)約 0.77(圖 6D)。而用 YSO4F 和索拉非尼注射的小鼠腫瘤組織內(nèi),肽和蛋白熒光信號(hào)幾乎分離,PCC 值低(圖 6),結(jié)果證明 m-YSO4F-LSG 成功靶向 SG。WB 實(shí)驗(yàn)評(píng)估腫瘤組織蛋白水平,確認(rèn)增強(qiáng)化療效果機(jī)制(圖 6F),顯示 m-YSO4F-LSG 和索拉非尼聯(lián)合治療組 P-p38 蛋白水平上調(diào)最明顯(圖 6G),伴隨 caspase-3 水平下調(diào)和裂解 caspase-3 水平增加,表明原位形成液滴通過(guò)激活 caspase 依賴(lài)性凋亡途徑增強(qiáng)治療效果。對(duì)治療小鼠腫瘤組織和主要器官進(jìn)行蘇木精 - 伊紅(H&E)染色實(shí)驗(yàn),確認(rèn)腫瘤細(xì)胞凋亡并評(píng)估生物安全性(圖 6H)。m-YSO4F-LSG + 索拉非尼治療小鼠腫瘤組織內(nèi)細(xì)胞萎縮和凋亡特征顯著,支持治療效果。


圖6.jpg

圖6 A-C) 經(jīng) PBS、d-YF-LSG、m-YSO4F-LSG、索拉非尼(Sor)、YSO4F + 索拉非尼、d-YF-LSG + 索拉非尼和 m-YSO4F-LSG + 索拉非尼處理的小鼠解剖的腫瘤組織的腫瘤生長(zhǎng)曲線(A)、腫瘤重量(B)和代表性圖像(C)。D, E) 經(jīng) m-YSO4F-LSG + 索拉非尼(D)和 YSO4F + 索拉非尼(E)處理的小鼠腫瘤組織冰凍切片的共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像。F, G) 經(jīng) PBS(1)、m-YSO4F-LSG(2)、索拉非尼(3)、d-YF-LSG + 索拉非尼(4)和 m-YSO4F-LSG + 索拉非尼(5)給藥的小鼠腫瘤組織內(nèi) p38、P-p38、caspase-3 和裂解 caspase-3 蛋白水平的 Western blot 實(shí)驗(yàn)(F)或定量數(shù)據(jù)(G)。H) 經(jīng) m-YSO4F-LSG + 索拉非尼給藥后小鼠的腫瘤組織和主要器官的蘇木精 - 伊紅(H&E)染色圖像。統(tǒng)計(jì)分析采用單因素方差(ANOVA)分析。*p < 0.05,**p < 0.01,***p < 0.001

 研究小結(jié) 

本研究報(bào)道了一種酶誘導(dǎo)的肽在活細(xì)胞中原位液 - 液相分離成靶向無(wú)膜細(xì)胞器的液滴用于癌癥化療的策略。通過(guò)在富含酪氨酸的肽中引入硫酸根,使肽具有硫酸酯酶響應(yīng)性,從而在硫酸酯酶作用下發(fā)生液 - 液相分離形成液滴。

細(xì)胞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在過(guò)表達(dá)硫酸酯酶的癌細(xì)胞中硫酸酯酶誘導(dǎo)的相分離。通過(guò)結(jié)合適當(dāng)配體,原位形成的液滴展現(xiàn)出線粒體靶向特性并誘導(dǎo)線粒體功能障礙。尤為重要的是,觀察到液滴與無(wú)膜細(xì)胞器應(yīng)激顆粒的凝聚,這由配體與應(yīng)激顆粒的關(guān)鍵蛋白組分結(jié)合所促進(jìn)。細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)和 Western blot 分析表明,原位形成的液滴通過(guò)激活 caspase 依賴(lài)性凋亡途徑增強(qiáng)了小分子藥物索拉非尼的細(xì)胞毒性。此外,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)確認(rèn),與索拉非尼聯(lián)合給藥的原位液滴顯著抑制了荷瘤小鼠模型中的腫瘤生長(zhǎng),展現(xiàn)出原位液滴對(duì)癌癥化療的增敏效果以及優(yōu)良的生物安全性。

本研究闡明了一種在腫瘤細(xì)胞內(nèi)原位形成共醋液滴的新方法,以及一種基于共醋液滴中配體 - 蛋白相互作用靶向無(wú)膜細(xì)胞器的新材料,為未來(lái)疾病靶向治療提供了有前景的新策略。


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