靶向蛋白降解（Targeted Protein Degradation, TPD）领域，这是一个新兴的生物医学研究领域，旨在开发能够特异性降解疾病相关蛋白的策略和技术。TPD策略利用细胞内的蛋白质降解机制，如泛素-蛋白酶体系统（Ubiquitin-Proteasome System, UPS）和溶酶体途径，来清除特定的蛋白质，这些蛋白质在许多疾病中起着关键作用，包括癌症、神经退行性疾病和炎症性疾病。TPD策略主要通过嵌合分子实现，这些分子通常由一个效应蛋白的配体和一个目标蛋白（Protein of Interest, POI）的结合剂通过一个连接子连接而成。这些嵌合分子能够诱导效应蛋白和目标蛋白形成三元复合物，从而触发目标蛋白的降解。尽管这一策略在理论上具有很大的潜力，但在临床应用中仍面临一些挑战，包括药物样性质不佳、非特异性分布以及在体内应用时的药代动力学问题。
威斯康星大学麦迪逊分校胡全银等人特别提到了利用血小板作为载体的TPD策略。血小板是血液中的细胞碎片，它们在止血和伤口愈合过程中发挥着关键作用。研究者们开发了一种方法，通过共价标记血小板中的热休克蛋白90（HSP90）与目标蛋白配体，生成了一种新型的血小板降解剂（DePLTs）。这种策略利用了血小板对伤口区域的自然趋向性，以及它们在激活后能够介导蛋白质降解的能力。通过这种方式，DePLTs能够特异性地降解细胞内或细胞外的目标蛋白，从而在乳腺癌模型中抑制癌症的复发或转移。相关内容以“Engineered platelets as targeted protein degraders and application to breast cancer models”为题发表在《Nature Biotechnology》上。
这些DePLTs能够选择性地积累在出血区域，并在激活后通过泛素-蛋白酶体系统（UPS）或溶酶体途径介导目标细胞内蛋白质的降解。图中阐释了两种不同的降解途径：一是HSP90被包装进血小板衍生的微粒子（PMPs）中，通过膜融合进入目标细胞，利用UPS降解细胞内感兴趣的蛋白质（POIs）；二是释放的游离HSP90将细胞外POIs重新定向至溶酶体进行降解。图2 HSP90锚定嵌合体（iHAC）在降解细胞内POI BRD4方面的功能和机制首先，作者通过化学结构展示了iHAC的设计，随后通过免疫印迹分析验证了iHAC处理的4T1乳腺癌细胞中BRD4的降解情况。实验结果表明，iHAC以浓度依赖的方式显著降低了BRD4的表达水平。此外，图中还展示了iHAC处理后BRD4在细胞中的降解动态，以及iHAC与HSP90结合的特异性，通过遗传敲除HSP90α或化学阻断HSP90来证实iHAC介导的BRD4降解依赖于HSP90。最后，通过共免疫沉淀实验验证了iHAC处理后BRD4与HSP90之间的相互作用增强，从而支持了iHAC通过形成BRD4-HSP90-iHAC三元复合物来促进BRD4降解的机制。图3 iDePLTs如何通过PMPs介导的膜融合将BRD4配体标记的HSP90传递到癌细胞中实验通过共聚焦显微镜观察到，工程化血小板与癌细胞共培养后，荧光标记的HSP90在癌细胞内分布，部分分散在细胞质中，部分形成细胞质内的斑点结构。进一步的实验表明，这些斑点结构与溶酶体标记物LAMP1共定位，表明部分HSP90被送入溶酶体。此外，通过活体成像技术，研究者发现工程化血小板在手术后的肿瘤模型中能够快速定位到手术创伤区域，并在该区域积累，显示出与天然血小板相似的凝血功能。图4 iDePLTs在抑制手术后乳腺癌复发和转移中的效果通过在小鼠模型中模拟乳腺癌手术后的情况，研究者评估了不同治疗方法对肿瘤复发和转移的影响。图中显示，接受iDePLTs治疗的小鼠在手术后显示出较低的肿瘤复发率和无明显转移，与接受生理盐水、普通血小板(nPLTs)或非特异性iDePLTs(iDePLTepi)治疗的小鼠相比，后者出现了明显的复发和转移。此外，iDePLTs治疗组的小鼠生存时间显著延长，部分小鼠甚至实现了肿瘤的完全缓解。治疗期间，小鼠的体重变化不大，表明iDePLTs具有良好的生物安全性。血液生化分析也显示，iDePLTs治疗未对小鼠的主要器官造成损害，进一步证实了其治疗的安全性。图5 eDePLTs如何通过释放携带PD-L1配体的HSP90来降解癌细胞表面的PD-L1研究人员利用HSP90配体和PD-L1抑制剂BMS-1166构建了eHAC，该分子能够促进癌细胞摄取PD-L1并将其导向溶酶体进行降解。结果显示，eHAC处理的癌细胞内PD-L1水平下降，且这一过程依赖于HSP90的存在和低密度脂蛋白受体相关蛋白1（LRP-1）介导的内吞作用。此外，eDePLTs处理的癌细胞中PD-L1的降解效率提高，证实了eDePLTs在降解癌细胞表面PD-L1中的潜在效果。图6 DePLTs在抑制乳腺癌复发和转移以及激活抗肿瘤免疫反应中的效果在小鼠乳腺癌模型中，手术后接受eDePLTs治疗的小鼠显示出显著的肿瘤复发抑制效果，与接受生理盐水或普通血小板治疗的小鼠相比，后者很快出现了肿瘤复发。此外，eDePLTs治疗还显著减少了小鼠肺转移的情况。进一步的免疫分析显示，与对照组相比，eDePLTs治疗组的肿瘤组织中CD3+CD8+ T细胞的比例显著增加，表明eDePLTs能够促进效应T细胞的肿瘤浸润。同时，eDePLTs处理的肿瘤组织中干扰素-γ和肿瘤坏死因子的水平也显著升高，反映出增强的抗肿瘤免疫反应。最终，eDePLTs治疗的小鼠生存期显著延长，部分小鼠实现了肿瘤的完全消退。这些结果表明eDePLTs通过降解PD-L1激活了抗肿瘤免疫，有效地抑制了乳腺癌的复发和转移。本文介绍了一种创新的靶向蛋白质降解技术，利用工程化血小板（DePLTs）实现对乳腺癌模型中特定蛋白质的降解，以抑制癌症复发和转移。研究人员通过共价标记血小板中的热休克蛋白90（HSP90）与感兴趣的蛋白质配体（POI ligand），开发出能够特异性降解细胞内外蛋白质的DePLTs。这些DePLTs能够靶向伤口区域，并在激活后通过泛素-蛋白酶体系统（UPS）或溶酶体途径介导目标蛋白质的降解。原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41587-024-02494-8来源：BioMed科技
