具有精确结构的超分子球形核酸用于核仁素靶向基因递送

近年来，球形核酸（Spherical nucleic acids, SNAs）因其在基因调控、免疫调节和化疗中的广泛应用而备受关注。分子型球形核酸（m-SNAs）作为第二代球形核酸（SNAs），解决了第一代球形核酸因其结构不精确而限制了对其与配体和活细胞之间相互作用的深入研究，因此在靶向递送核酸或基因调控方面具有重要应用潜力。然而，m-SNAs 通常仅涉及单一DNA序列，这大大限制了其作为靶向或基因调控功能的能力。

在这样的背景下，中国地质大学（武汉）夏帆教授（点击查看介绍）/李辉教授（点击查看介绍）/李少光教授（点击查看介绍）团队推出了第三代球形核酸——超分子球形核酸 (Supra-SNAs)，具备靶向核酸递送和基因调控的双重功能。具体而言，作者采用β-环糊精（β-CD）和金刚烷（Ada）作为模板构建超分子结构，并将前者修饰反义核酸（如HER2反义核酸），以作为肿瘤细胞的清除剂；后者修饰AS1411适配体作为靶向探针。HER2反义核酸是短链单链DNA分子，能够特异性抑制基因转录，在抑制HER2蛋白过表达方面发挥重要作用。

为了构建明确的超分子结构，作者首先设计并表征了单、双、三、四、五、六、七取代的β-环糊精球形核酸（即m-SNA-1、m-SNA-2、m-SNA-3、m-SNA-4、m-SNA-5、m-SNA-6、m-SNA-7），并评估其对不同HER2表达细胞系的杀伤能力。随后，进一步引入靶向组AS1411，以提高m-SNAs的摄取效率。从机制上看，作者发现其治疗效果通过磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）信号通路实现。在体内实验中，展现出优越的肿瘤积累、抗肿瘤效果以及良好的生物相容性。这一设计为合成精确可控的DNA功能化纳米结构提供了可行策略，以便深入探索结构与性能之间的关系。

图1. Supra-SNAs的组装过程及其在SKOV3细胞内靶向递送的示意图。

作者优化了反应投料比，发现m-SNA-1和m-SNA-2在1:1比下获得最佳产率，而m-SNA-3和m-SNA-4的最佳比率为1:2或1:3，m-SNA-5和m-SNA-6则为1:4和1:5。m-SNA-7在1:10的比率下获得了58.4%的产率（图2a-d）。凝胶电泳、HPLC和MALDI-TOF分析证实了m-SNAs的单链精确性（图2e-g）。

图2. 多取代SNAs的设计、合成与表征。

作者选择内源性HER2过表达细胞系（SKOV3细胞）研究Supra-SNAs的细胞毒性，发现Supra-SNAs相比于相应的m-SNAs具有更低的IC50值（增幅约为8倍）（图3a-d）。针对细胞内HER2表达的免疫荧光实验和ELISA测试结果显示，细胞毒性主要源于细胞内HER2表达的降低（图2e-g）。进一步的研究表明，Supra-SNAs通过下调PI3K/AKT信号通路来增强细胞凋亡（图2h-j）。

图3. Supra-SNAs体外抗肿瘤效果。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition，文章的第一作者是中国地质大学（武汉）博士研究生陈铭，通讯作者为夏帆教授、李辉教授和李少光教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Precise Preparation of Supramolecular Spherical Nucleic Acids for Nucleolin-Targeted Gene Delivery

Ming Chen, Siyuan Miao, Yaqi Zhang, Xueman Chang, Jun Dai, Chuxin Chen, Shaoguang Li, Hui Li, Fan Xia

Angew. Chem. Int. Ed. 2024, DOI: 10.1002/anie.202410744

导师介绍

夏帆

https://www.x-mol.com/university/faculty/50061 

李辉

https://www.x-mol.com/university/faculty/58181 

李少光

https://www.x-mol.com/university/faculty/58238