靶向蛋白降解（TPD）作为一种前沿技术，利用细胞内的蛋白质回收机制选择性地降解感兴趣的蛋白质（POI），在应对传统药物无法有效靶向的“难药靶点”方面展现出巨大的潜力。尽管现有的TPD工具在过去二十年中引起了广泛关注，但它们依然存在许多未解决的局限性，特别是在靶向细胞外蛋白质方面。传统的TPD工具通常依赖于泛素-蛋白酶体系统（UPS），而最新的第二代工具虽然开始利用自噬机制，但仍需针对不同的疾病和细胞类型进行繁琐的个案设计。
2024年10月28日，河南大学师冰洋和郑蒙团队，以及哥伦比亚大学的Kam W. Leong等人合作，在Nature Nanotechnology 期刊上发表了一篇题目为：Targeted protein degradation via cellular trafficking of nanoparticles的论文。该论文共同第一作者是:河南大学的 Yang Liu, Runhan Liu。该研究开发了一种新型纳米颗粒（TPD-NPs）用于靶向降解表面蛋白，特别是表皮生长因子受体（EGFR）。通过纳米颗粒实现受体无关的内吞作用，有效靶向和降解外源性蛋白质，利用临床批准的成分，简化了针对不同疾病和细胞类型的蛋白质降解工具的设计过程。通过抗体连接的PLGA TPD-NPs介导EGFR降解研究者们使用聚乙二醇-1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺（PEG-DSPE）作为连接剂，将抗体与聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）共聚物结合，形成了这种纳米颗粒。通过将抗EGFR单克隆抗体尼莫图珠单抗（NTZ）连接到纳米颗粒上，研究人员证明了这些TPD-NPs能够有效诱导EGFR的降解。研究表明，这种纳米颗粒的直径约为160纳米，能够在24至48小时内有效降解EGFR，并且这种降解是剂量依赖性的。研究还使用了融合绿色荧光蛋白的EGFR标记，以便追踪EGFR的降解过程。结果显示，EGFR的快速去除和降解过程被成功观察到，且在细胞内的信号通路（如磷酸化AKT的上调）也得到了验证，进一步确认了EGFR降解的功能效应。图 1 | 抗体连接的 PLGA 纳米颗粒介导的 EGFR 降解。TPD-NPs在靶标、靶向蛋白质结构和组成上的多样性研究者首先在不同类型的肿瘤细胞（如HeLa宫颈癌细胞和U87MG胶质瘤细胞）中验证了EGFR降解的效果。接着，他们扩展了TPD-NP策略的应用范围，包括肿瘤免疫治疗中的PD-1/PD-L1靶点，发现相应的抗体（CRLZ和ATZ）能够有效介导PD-1和PD-L1的降解。此外，研究还测试了HER2的降解，使用了靶向HER2的治疗单克隆抗体pertuzumab（PTZ），并证明PTZ-NPs能够有效降低HER2的表达。研究者设计了双靶向TPD-NPs（INE/NTZ-NPs），同时靶向EGFR和HER2，并证实了其有效的蛋白降解能力。研究还探索了用肽替代抗体是否能够达到类似的TPD效果，发现特定的结合肽能够成功降解ACE2和CD13等表面蛋白。最后，研究探讨了多种纳米颗粒组成的应用，包括脂质体和金纳米颗粒（Au-NPs），并证明这些纳米颗粒同样能够有效介导EGFR降解。图 2 | TPD-NPs 在不同疾病、POI 模体和纳米颗粒配方中的广泛应用。TPD-NPs在细胞内运输的机制及其与自噬溶酶体的关系研究者首先确认了TPD-NPs在不同细胞系中成功实现了靶向降解，并进一步探索了其内部化机制。他们发现，TPD-NPs可以通过网格蛋白或动力蛋白依赖的内吞作用，以及微囊饮食作用进入细胞，形成内体。通过使用不同的抑制剂，研究人员验证了POI（靶向蛋白）–TPD-NP复合物的内部化途径。结果显示，EGFR的降解在使用网格蛋白介导的内吞抑制剂（如蔗糖）或小窝介导的内吞抑制剂（如抗真菌药物）时显著减少，表明EGFR–NTZ-NP复合物主要通过这两种内吞途径被细胞摄取。接下来，研究者分析了降解机制，重点关注靶向蛋白如何被引导至降解位点以及参与的降解途径。他们使用了溶酶体抑制剂，发现抑制自噬溶酶体的酸化（如使用巴菲洛霉素A1）显著降低了TPD-NP介导的EGFR降解，而氯喹未能逆转EGFR降解。实验结果表明，TPD-NPs通过自噬溶酶体介导靶向蛋白的降解。进一步的实验使用了干扰RNA和基因敲除细胞模型，确认了自噬溶酶体在TPD过程中的重要性。结果显示，干扰LC3B的表达和ATG7基因敲除细胞确实部分阻碍了TPD过程。此外，UPS抑制剂MG132对EGFR降解没有显著影响。图 3 | POI–TPD-NP 复合物的吞噬不需要特定的细胞穿透促进因子，并通过自溶酶体导致 TPD。研究者在裸鼠中植入MDA-MB-231细胞，并通过肿瘤内注射NTZ-NPs来评估其对EGFR的降解和肿瘤生长的抑制。结果显示，TPD-NPs能够有效降低肿瘤中的EGFR表达并促进凋亡，且相比单抗治疗，TPD-NPs显示出更强的肿瘤抑制能力。进一步评估了TPD-NPs对肝脏和肾脏的急性影响，结果表明其系统反应良好，生物相容性可接受。研究还使用了U87MG人类胶质瘤模型，通过静脉注射来评估TPD-NPs的治疗潜力，发现TPD-NPs能部分穿透血脑屏障，增加肿瘤积累，且在经过多次给药后，EGFR表达显著降低，延长了胶质瘤小鼠的生存期。此外，研究者还探索了将近红外染料加载到TPD-NPs中，以评估其药物负载和传递能力，并通过装饰特定的肽（如Angiopep-2）来增强其在血脑屏障中的渗透能力。实验结果表明，这种改进的TPD-NPs能够有效地靶向胶质瘤并展示良好的药物传递能力。同时，研究表明血清不会影响TPD效果，进一步支持了TPD-NPs作为潜在治疗剂的前景。图 4 | TPD-NPs 可以在体内对实体肿瘤中的靶向蛋白质进行充分降解。总之，该研究发现利用配体修饰的纳米颗粒运输机制可以有效劫持细胞外的靶向蛋白质（POIs），并将其导向自噬溶酶体降解途径。研究表明，TPD-NPs有潜力穿透生物屏障并靶向特定组织，实现组合治疗。此外，研究者建议进一步改进这些纳米颗粒的物理化学性质，比如降低立体阻碍或调整抗体与聚乙二醇（PEG）的比例，以解决与配体修饰纳米药物相关的临床转化障碍。![]()
师冰洋，生物医学博士，现为河南大学特聘教授及生物医学联合创新中心执行主任。他主要研究重大疾病的高精度检测与精准治疗，涉及稀土纳米晶和脑靶向药物传输等领域，已在主流期刊发表SCI论文30余篇。担任《Frontier in Chemistry》副编辑和《Journal of Nanomaterials》客座主编。他曾开发新一代稀土纳米晶，成功研发高精度早期疾病检测试剂盒，并主持多项国家和澳大利亚科研项目，累计经费超过400万元。郑蒙，博士，现为河南大学特聘教授及博士生导师。他是河南大学人才特区特聘教授（第四层次）、中原青年拔尖人才，担任河南省教育厅学术技术带头人和优青，还是河南省药学会药剂专委会常务委员及中国肿瘤学会纳米肿瘤学专委会青年委员。他是《Exploration》期刊青年编委，并为多个国际知名杂志审稿，如Science Advances和ACS Nano，现任河南省脑靶向生物纳米药物重点实验室副主任。![]()
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https://doi.org/10.1038/s41565-024-01801-3来源：BioMed科技
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