基因干扰技术在人类疾病治疗中具有重要应用前景。该技术利用特定载体将siRNA运载到靶细胞中,选择性地沉默目标基因,从而抑制蛋白质的合成、诱导细胞凋亡,实现疾病治疗。将siRNA高效、高特异性地运载到目标细胞是实现基因干扰治疗的关键。

神经节苷脂是细胞表面糖链的一种重要分子形态,包含一个或多个唾液酸末端寡糖链,通过神经酰胺部分的烷烃链嵌在细胞膜上,在高特异性酶作用下增减糖单元,动态地在细胞表面合成和降解,调节细胞结构、细胞粘附和信号传导,并作为微生物毒素、细菌和病毒的受体,与细胞生命过程密切相关。神经节苷脂异常的糖基化通路与遗传性疾病、肿瘤组织恶性转化等疾病相关。不同亚型的神经节苷脂异常过表达还与肿瘤的类型和进程密切相关。因此,筛查细胞表面的神经节苷脂对揭示其相关的生物过程和潜在的肿瘤进程具有重要的意义。

传统的siRNA运载体系常用抗体或核酸适体为识别分子,与细胞表面单种受体结合,实现靶向功能。由于肿瘤细胞表面高表达的受体在正常细胞表面也可能表达,采用单受体识别难以保证运载的精准靶向。针对这一关键问题,我校生命分析化学国家重点实验室的鞠熀先教授研究组利用核酸适体sgc8c和sgc4f与细胞表面两种特定的受体结合,形成双锁结构,发展了一种双受体介导的siRNA运载体系,成功实现了细胞亚型的区分,以及低毒、高效的siRNA运载。该方法通过DNA自组装,首先设计合成了一个含siRNA的核酸纳米载体,其一端为发夹结构。发夹的环部是锌离子依赖性DNA酶的底物。该载体具有血清稳定性好、细胞毒性小、运载能力以及内涵体逃逸能力高的优点。在载体与细胞表面结合的sgc8c和sgc4f相遇时,核酸适体sgc4f一端的锌离子依赖性DNA酶可将载体上的发夹结构催化裂解,形成一条DNA单链。该单链进一步打开核酸适体sgc8c上的发夹,通过sgc8c的介导,将siRNA运载到靶细胞中。对于只能结合sgc8c或sgc4f一种核酸适体的细胞,该运载系统没有活性,因而减小了脱靶毒性。该策略为高效、高特异性siRNA运载以及癌症的精准治疗提供了新的思路。

我校生命分析化学国家重点实验室的鞠熀先教授课题组从事细胞表面糖链研究已经十年,在细胞表面糖基的原位检测方法学研究领域提出了奠基性的成果(J.
Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7224;Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6465;
Anal. Chem. 2010, 82, 5804; Anal. Chem. 2012, 84, 1452;Chem. Sci. 2015,
6, 3769)。近两年该研究组发展了特定蛋白质上糖基的多种原位检测方法(Chem.
Sci. 2016, 7, 569,Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5220; Angew. Chem.
Int. Ed. 2017, 56,
8139)。近期,他们针对神经节苷脂研究的迫切需求,设计了一对具有非破坏性提取和疏水收集功能的浮力微球探针,实现了细胞表面神经节苷脂的定量、亚型筛查与再生分析,于2017年12月4日在线发表(Angew.
Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie. 201710984)。

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美高梅在线登录网址 ,该研究工作由助理研究员陈云龙为第一作者,鞠熀先教授为通讯作者于10月25日投稿,11月13日预录用。他们构建的一对功能化浮力微球包括提取探针和收集探针。提取探针以马来酰亚胺修饰的二氧化硅浮力微球为基底,在其上共价结合具有核酸内切酶切割位点和硼酸末端的DNA分子,通过硼酸与细胞表面唾液酸的共价识别作用,将细胞表面包含唾液酸的生物分子通过浮力提取。在核酸内切酶的作用下,被提取的生物分子被释放到溶液中,并由十八烷硅烷化的收集探针通过疏水作用收集其中的结合有核酸碎片的神经节苷脂,进一步利用体外杂交链反应对神经节苷脂进行荧光定量。用唾液酸剪切酶切除收集探针上收集的神经节苷脂中的唾液酸残基,通过荧光标记的凝集素识别残留聚糖,该工作发展了细胞表面神经节苷脂亚型的筛选鉴定方法,并第一次提出三种神经节苷脂亚型。利用提取探针对细胞表面唾液酸包含物进行不同程度地提取,可用这两种探针对细胞表面神经节苷脂的再生过程进行监测。与已有的神经节苷脂分析方法相比,该方法无需细胞破碎及其它预处理,首次实现了细胞表面神经节苷脂的定量筛查、亚类鉴定和再生分析,为揭示神经节苷脂相关的生命过程提供了重要工具。

图1. 双受体介导的细胞亚型特异性siRNA运载示意图

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