北理工課題組在微流控芯片高內(nèi)涵分子篩選實現(xiàn)多肽定向進(jìn)化方面取得進(jìn)展
發(fā)布日期：2022-10-24 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：段凱龍 審核：王振華 閱讀次數(shù)：
發(fā)展性能優(yōu)良的高特異、高內(nèi)涵靶向分子是實現(xiàn)活體化學(xué)測量的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代分析化學(xué)領(lǐng)域的前沿。與其它類型的識別分子相比，具有內(nèi)源活性的靶向多肽具有更高的信息量和更好的生物相容性。因此，靶向多肽在體內(nèi)分子精準(zhǔn)靶向方面具備獨特優(yōu)勢，是有力的活體測量識別工具。然而，目前對于靶向多肽的獲取方法有限，常規(guī)分子篩選和分子進(jìn)化手段難以在篩選效率、篩選精度、多肽性能構(gòu)象等方面獲得突破。因此，亟待靶向多肽篩選新策略。
基于上述問題，北京理工大學(xué)王蔚芝課題組近日與新加坡國立大學(xué)陳小元課題組合作，開發(fā)了基于微流控芯片的靶向多肽分子多維度進(jìn)化新方法。該方法可同時針對多個腫瘤相關(guān)靶標(biāo)分子篩選兼具高親和力、高特異性和高度穩(wěn)定組裝性能的靶向多肽，在腫瘤診療中顯示出極大的優(yōu)勢。此外，該方法由于在腫瘤組織原位環(huán)境下進(jìn)行分子定向進(jìn)化，所獲得的分子在復(fù)雜的活體環(huán)境中更具穩(wěn)定性。成果以“Totipotent ‘All-in-one’ Peptide Sequentially Blocks Immune Checkpoint and Reverses Immunosuppressive Tumor Microenvironment”為題發(fā)表在國際頂級期刊《Advanced Materials》（IF: 32.086）上。北京理工大學(xué)為第一通訊單位，化學(xué)與化工學(xué)院博士研究生張黎民為論文第一作者，北京理工大學(xué)王蔚芝研究員為最后通訊作者。新加坡國立大學(xué)陳小元教授，國家納米科學(xué)中心胡志遠(yuǎn)研究員，趙敏芝研究員以及北京理工大學(xué)的蔣振奇博士為共同通訊作者。
首先，通過分析靶標(biāo)蛋白PD-L1與Rbm38的晶體結(jié)構(gòu)，從頭設(shè)計并構(gòu)筑了容量為105的多肽庫，并在肽庫中引入具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）性能的TPE分子來指示多肽的穩(wěn)定組裝性能。然后利用微陣列芯片上的三維進(jìn)化策略在結(jié)合能力，自組裝性能以及特異性三個維度進(jìn)行了肽庫篩選，優(yōu)化出了一條具有高內(nèi)涵性能的靶向多肽TAP。
進(jìn)一步地，對TAP的生物學(xué)性能進(jìn)行了研究，在分子及細(xì)胞水平上證明了TAP不僅能阻斷Rbm38-eIF4E復(fù)合物的形成上調(diào)p53表達(dá)，也能阻斷PD-1/PD-L1相互作用。值得注意的是，TAP具有全面下調(diào)細(xì)胞內(nèi)外PD-L1含量的能力，這進(jìn)一步增加了其活體診療效果。同時，由于TAP的組裝性能使其在PD-L1的招募下快速形成穩(wěn)定的納米纖維進(jìn)一步促進(jìn)了其對相關(guān)通路的穩(wěn)定持續(xù)調(diào)控。總而言之，TAP在細(xì)胞膜上自組裝阻斷PD-L1，同時下調(diào)整個細(xì)胞中PD-L1的表達(dá)，這與其激活p53的能力相結(jié)合，使TAP成為一種潛在的強大的抗腫瘤先導(dǎo)分子。
進(jìn)一步的，通過使用AFM、TEM、CD、XRD及分子動力學(xué)模擬等手段對TAP自組裝行為進(jìn)行了研究。證明了其可在腫瘤微環(huán)境中能夠轉(zhuǎn)變成α-helix結(jié)構(gòu)，并通過對PD-L1的特異性識別和招募下以極低的濃度進(jìn)行快速組裝。
在正常小鼠及免疫抑制小鼠水平上，證實了TAP能特異性的靶向腫瘤組織，并展示出優(yōu)于抗體的抗腫瘤效果。
為了進(jìn)一步了解TAP抑癌分子機制，采用了基于RNA測序（RNA-seq）的轉(zhuǎn)錄組和基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組方法繪制了遺傳和蛋白質(zhì)組圖譜。
最后，在患者來源腫瘤異種移植（PDX）模型中，對TAP的抗腫瘤效果進(jìn)行了驗證。
總的來說，該研究通過基于微流控芯片的靶向多肽多維度進(jìn)化方法成功篩選出了具有多重性能的新型靶向多肽分子。并在分子、細(xì)胞、活體、PDX水平上對其抗腫瘤效果及機制進(jìn)行了詳細(xì)的研究。該工作為高內(nèi)涵靶向多肽的篩選提供了新方法，也為基于分子識別的癌癥精準(zhǔn)診療提供了新思路。
山西省中醫(yī)院，上海交通大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院，上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院等在患者組織樣本及醫(yī)學(xué)倫理評估等方面給予了大力支持。
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