西南大学卓颖-厦门大学杨朝勇Angew：DNA纳米器件用于NK细胞介导癌症免疫治疗的评估

自然杀伤（NK）细胞分泌的颗粒酶A（GzmA）作为评估癌症免疫治疗疗效的生物标志物近年来备受关注。GzmA是NK细胞从细胞颗粒中释放的一种丝氨酸蛋白酶，启动caspase-非依赖的凋亡途径，诱导DNA损伤，促进癌细胞死亡，在癌症免疫治疗中起着关键的执行作用。然而，由于细胞种类多样、GzmA表达水平低以及缺乏GzmA探针，在NK细胞靶向治疗过程中选择性监测癌细胞中GzmA的空间分布是一项极具挑战性的难题。

基于此，西南大学发光分析与分子传感教育部重点实验室卓颖教授（点击查看介绍）课题组联合厦门大学杨朝勇教授（点击查看介绍）在Angewandte Chemie 上发表了一项重要研究，他们开发了一种多模块、结构有序的DNA纳米器件（命名为MODERN），用于评估NK细胞介导癌症免疫治疗的疗效。所设计的MODERN通过GzmA诱导无嘌呤/无嘧啶内切酶1（APE1）失活，实现了在癌细胞内对GzmA的空间选择性成像。

MODERN集成了多个功能模块，包括APE1门控识别模块、光激活放大模块、核酸适体介导的肿瘤靶向模块和多链环状DNA模块，从而大大提高了对细胞内GzmA的灵敏度和特异性。在癌细胞中，由于APE1的过表达，MODERN处于激活状态（信号开启）；而在经NK细胞处理的癌细胞中，由于GzmA诱导的APE1失活，MODERN保持静默状态（信号关闭）。此外，作者还证明，GzmA诱导的APE1失活可以阻断靶细胞的损伤修复过程，从而有效促使癌细胞死亡。

图1. MODERN用于在NK细胞介导癌症免疫治疗过程中的癌细胞内空间选择性成像GzmA的示意图。

首先，作者使用聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）和原子力显微镜（AFM）表征了MODERN的成功组装。通过计算机模拟证明了GzmA与APE1之间存在有效的相互作用，并通过MODERN的荧光信号变化证实了MODERN可以通过特异性GzmA诱导的APE1失活来检测GzmA的可行性（图2）。

图2. 用于GzmA检测的MODERN的表征及可行性验证。

然后，作者进一步确定了MODERN用于NK细胞介导的癌症免疫治疗评估的作用，使用共聚焦显微镜对NK细胞治疗后癌细胞中的GzmA进行了成像。如图所示，当用NK细胞处理HeLa细胞后，MODERN的荧光信号明显下降。并且，当NK细胞和外源性GzmA同时作用于HeLa细胞时，MODERN的荧光信号进一步减弱，证实了癌细胞中APE1的失活确实归因于GzmA。此外，使用GzmA抑制剂（3,4二氯异香豆素，DCI）处理时，MODERN的荧光信号明显增加。这些结果验证了MODERN通过成像NK在癌细胞中释放的GzmA来评估NK细胞介导的免疫治疗效果的适用性。

图3. MODERN用于成像NK介导免疫治疗后肿瘤细胞中GzmA的验证。

总的来说，作者所提出的基于GzmA诱导APE1特异性失活的DNA纳米器件为评估癌症免疫治疗的疗效提供了一种新颖而有效的策略，不仅能够实现对癌细胞中GzmA的高灵敏度检测和空间选择性成像，还可以准确反映NK细胞介导的治疗效果。该DNA纳米器件通过多模块集成设计，克服了传统方法在区分活性和非活性GzmA以及获取细胞内时空信息方面的局限性。由于其在提高检测灵敏度、癌细胞特异性和提供实时动态监测空间选择性激活方面的显著优势，MODERN有望在免疫治疗的疗效评估、个性化治疗方案的制定以及免疫治疗新药的开发中发挥重要作用，展现出广泛的应用前景。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上。西南大学为第一完成单位，西南大学化学化工学院卓颖教授为该论文第一通讯作者，西南大学化学化工学院陈昭朋博士为该论文第一作者。合作者为共同通讯作者上海交通大学/厦门大学杨朝勇教授。作者特别感谢国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、发光分析与分子传感教育部重点实验室的大力支持。

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）：

Engineering of a Multi-Modular DNA Nanodevice for Spatioselective Imaging and Evaluation of NK Cell-Mediated Cancer Immunotherapy

Zhao-Peng Chen, Wei-Jia Zeng, Yan-Mei Lei, Wen-Bin Liang, Xia Yang, Ruo Yuan, Chaoyong Yang, Ying Zhuo

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202414064

导师介绍

卓颖

https://www.x-mol.com/university/faculty/13990 

杨朝勇

https://www.x-mol.com/university/faculty/14060