符 婷 彭瑞資 劉巧玲

(湖南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，化學(xué)化工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410082)

基于分子識(shí)別的外泌體納米界面原位DNA組裝

符 婷 彭瑞資 劉巧玲＊

(湖南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，化學(xué)化工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410082)

細(xì)胞膜是一類間隔細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的具有生物活性的界面，膜表面的受體通過(guò)外界物質(zhì)刺激調(diào)控胞內(nèi)的生化反應(yīng)，從而影響細(xì)胞乃至整個(gè)生命體的進(jìn)程。對(duì)細(xì)胞膜表面進(jìn)行改造和功能化，從而實(shí)現(xiàn)原位識(shí)別、組裝并調(diào)控細(xì)胞膜表面結(jié)構(gòu)在癌癥檢測(cè)和治療等方面具有重要的作用1。外泌體是細(xì)胞向胞外分泌的納米級(jí)囊泡樣膜包被小體，在細(xì)胞間的通訊、腫瘤早期診斷、心肌損傷保護(hù)和藥物運(yùn)輸?shù)妊芯款I(lǐng)域展現(xiàn)重要的應(yīng)用價(jià)值2-4。雖然利用DNA納米技術(shù)在構(gòu)筑功能化細(xì)胞膜等方面取得了一系列的研究進(jìn)展5,6，然而，納米級(jí)的外泌體作為具有生物活性的納米材料，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)遠(yuǎn)不同于微米級(jí)的細(xì)胞。如果能夠以較為簡(jiǎn)單有效的方式在外泌體表面修飾功能分子，從而使外泌體集成靶向、成像以及運(yùn)載等多種功能于一體，將會(huì)進(jìn)一步拓展外泌體的生物學(xué)應(yīng)用。因此，如何有效地在外泌體這種具有生物活性的納米界面進(jìn)行原位組裝，從而獲得功能化的外泌體仍然是具有挑戰(zhàn)性的工作。

最近湖南大學(xué)化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)譚蔚泓教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了基于核酸適體的分子識(shí)別作用在外泌體表面進(jìn)行DNA組裝，獲得表面修飾有DNA納米結(jié)構(gòu)的功能化外泌體，實(shí)現(xiàn)了DNA納米結(jié)構(gòu)在納米界面的原位組裝，這種“nano on nano”的構(gòu)建策略為功能化生物納米材料提供了研究思路，拓展了該方法在材料、納米技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科的應(yīng)用。該研究成果以題為“Molecular Recognition-Based DNA Nanoassemblies on the Surfaces of Nanosized Exosomes”的論文發(fā)表在Journal of the American Chemical Society雜志上7。

在該研究中，他們利用核酸適體對(duì)外泌體表面標(biāo)志物的特異性識(shí)別作用以及核酸適體嵌合體引發(fā)的DNA雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(HCR)來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇性原

位DNA組裝：首先利用核酸適體LZH8與靶細(xì)胞分泌的外泌體的特異性結(jié)合，將核酸適體LZH8的嵌合體修飾到外泌體表面，而嵌合體部分則作為開關(guān)引發(fā)M1和M2兩條單鏈的雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，獲得LZH8納米組裝體(LZH8-NAs)。動(dòng)態(tài)光散射(DLS)、透射電子顯微鏡(TEM)、流式細(xì)胞術(shù)等研究表明LZH8-NA能夠在靶細(xì)胞HepG2所分泌的外泌體表面進(jìn)行原位組裝，相比傳統(tǒng)的基因工程和化學(xué)修飾等手段，此方法無(wú)須復(fù)雜的操作和較高的實(shí)驗(yàn)要求，顯示出DNA納米結(jié)構(gòu)在納米級(jí)的細(xì)胞器上進(jìn)行組裝的優(yōu)異之處。由于核酸適體對(duì)不同類型細(xì)胞分泌的外泌體具有選擇性，因此，可以實(shí)現(xiàn)特定的外泌體表面組裝。他們考察LZH8-NA可在肝癌細(xì)胞(HepG2)而非正常細(xì)胞(如Hu1545)分泌的外泌體表面進(jìn)行原位組裝，并且通過(guò)熒光信號(hào)的放大，可實(shí)現(xiàn)對(duì)含量較低的蛋白進(jìn)行檢測(cè)。此工作是繼2013年該團(tuán)隊(duì)報(bào)道“DNA納米火車”8以來(lái)再次利用該納米結(jié)構(gòu)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。該工作推動(dòng)了DNA納米結(jié)構(gòu)在具有納米級(jí)生物活性界面進(jìn)行組裝的進(jìn)一步研究。

(1) Wu, C.; Han, D.; Chen, T.; Peng, L.; Zhu, G.; You, M.; Qiu, L.; Sefah, K.; Zhang, X.; Tan, W. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18644. doi: 10.1021/ja4094617

(2) Valadi, H.; Ekstrom, K.; Bossios, A.; Sjostrand, M.; Lee, J. J.; Lotvall, J. O. Nat. Cell Biol. 2007, 9, 654. doi: 10.1038/ncb1596

(3) Christianson, H.; Svensson, K.; van Kuppevelt, T.; Li, J.; Belting, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 17380. doi:1073/pnas.1304266110

(4) Tkach, M.; Thery, C. Cell 2016, 164, 1226. doi:10.1016/j.cell.2016.01.043

(5) Altman, M.; Chang, Y.; Xiong, X.; Tan W. Sci. Rep. 2013, 3, 3343. doi: 10.1038/srep03343

(6) Zhu, G; Zhang, S; Song, E; Zheng, J.; Hu, R.; Fang, X.; Tan, W. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 5490. doi: 10.1002/anie.201301439

(7) Wan, S.; Zhang, L.; Wang, S.; Liu, Y.; Wu, C.; Cui, C.; Sun, H.; Shi, M.; Jiang, Y.; Li, L.; Qiu, L.; Tan, W. J. Am. Chem. Soc. 2017, doi: 10.1021/jacs.7b00319

(8) Zhu, G.; Zheng, J.; Song, E.; Donovana, M.; Zhang, K.; Liu C.; Tan W. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 7998. doi:10.1073/pnas.1220817110

In situ DNA Assembly on the Surfaces of Nanosized Exosomes Based on Molecular Recognition

FU Ting PENG Rui-Zi LIU Qiao-Ling＊
(College of Life Sciences, Chemistry and Chemical Engineering, Hunan University, Changsha 410082, P. R. China)

10.3866/PKU.WHXB201704134