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纳米粒子nanoparticles(NPs)具有出色的物理化学特性，在生物医学中被广泛用于成像，诊断和治疗。但随着研究的深入，人们研究发现，NPs存在着许多生物特性，在进入生物体后可以与多种内源蛋白相互作用，从而发挥生物活性，如前文书中的NDs可以抑制实体瘤的自噬从而提高ATO抗实体瘤的疗效。但是，这些NPs在被吸收后对于蛋白功能和随之而来的生物效应有何影响还知之甚少。

本文的主角依然是NDs，与之前不同的是这次没有其他药物联合应用，单独探究NDs的药理作用与机理。

2019年4月29日发表在Materials horizons上，IF：14.356，通讯作者：宋海云，单位：上海交通大学公共卫生学院

Pull-down实验以及蛋白质谱法确定NDs靶点

A549细胞离心，用PBS充分洗涤后加入裂解液 ，蛋白酶抑制剂以及磷酸酶抑制剂等，再将澄清的上清液与ND在4℃下在摇床上孵育4小时，ND与细胞中的蛋白质充分结合，ND-蛋白质复合物用washing buffer洗涤三次，ND表面结合的蛋白质再用5%甲酸洗脱，胰蛋白酶消化过夜。再通过C-18色谱柱纯化，并在Lineal Trap Quadropole离子阱质谱仪上分析。

待鉴定的蛋白分为以下几类：跨膜受体、细胞骨架、伴侣分子、酶、信号转导分子和转录因子。（图1）结果发现，TβRⅡ是ND表面富集最多的蛋白，质谱检测到14种TβRII独特肽，覆盖其26.3％的完整蛋白序列。而TβRⅠ的丰度较低。TβRⅠ与TβRⅡ都是TGFβ信号通路的主要成分，这些发现暗示ND和TGFβ介导的生物学功能之间存在联系。（图2a）类似的结果也在下拉实验中体现。NDs与TβRⅡ相互作用，而NDs与TβRⅠ的相互作用超过仪器检测的极限。（图2a）因此，NDs可能通过TβRⅡ和TβRⅠ之间的动态二聚作用间接地与TβRⅠ相互作用。

图1

图2

在与TGFβ配体结合后，TβRⅠ和TβRⅡ会经历胞吞作用，并随后以称为回收内体的早期内体的形式进行回收。于是作者研究NDs与TβRⅠ和TβRⅡ相互作用是否会影响这些受体的细胞内运输。在对照组细胞中，只有低水平的TβRⅡ和TβRⅠ与溶酶体marker Lamp1共定位，这表明该细胞器中发生了TGFβ受体的基础周转。NDs治疗大大增加了溶酶体定位的TβRⅡ的水平。另外，NDs也能增强TβRⅠ的溶酶体定位。（图2c,d）这些结果表明对NDs的吸附阻止了TGFβ受体向再循环内体的分选。尽管TβRI可能不直接结合ND，但其与TβRII二聚的能力使其对细胞对ND的吸收敏感。作者进一步研究NDs摄取对A549细胞中这些受体蛋白质水平的影响。作为对照，用NDs温育不影响TGFβ信号成分Smad2和Smad3或跨膜受体Lrp6的细胞水平。相反，它很大程度上消除了TβRII和TβRI的水平。（图2e）

图3

作者继续探究NDs介导的受体降解对TGFβ信号转导活性的生物学影响，TGFβ信号转导活性在癌症侵袭和转移中起关键作用。划痕实验结果表明NDs能够抑制癌细胞的迁移。（图3a-c）与划痕结果一致，transwell结果也显示NDs能够抑制TGFβ诱导的侵袭。（图3d-f）

接下来，为了更好的模拟临床上肿瘤的3D特征，作者开展了肿瘤类器官实验，在3维培养基中验证NDs对A549细胞衍生的肿瘤类器官的影响。在TGFβ配体存在的情况下，球形肿瘤类器官的形状变得不规则延伸。但是，NDs可以抑制TGFβ诱导的肿瘤细胞延伸，并且逆转肿瘤细胞形态的改变。（图4a-c）在证明了NDs对体外培养的癌细胞和肿瘤类器官转移的影响后，作者接下来动物体内继续探索。（图4d）微静脉注射A549细胞构建转移瘤模型，在对照组小鼠的肺和肝中形成许多转移性肿瘤结节，微静脉给予NDs（每三天一次，每只小鼠80μg）时间窗为18天，结果发现大大减少这些器官中转移性肿瘤结节的数量。（图4，f）并且，HE染色结果也显示密集增殖的癌细胞严重破坏肺和肝的原始结构，而NDs可以大大减轻这些组织损伤。（图4e,f）这些结果证实了注射NDs可以抑制肿瘤体内转移。

图4

最后，作者检查NDs对肺和肝转移性肿瘤进展的影响。TGFβ信号通路的激活可以影响肿瘤相关巨噬细胞TAM的数量并且提高M2/M1的比例。而阻断TGFβ信号通路可以促进M1-TAM极化。作者利用荧光激活细胞分选分析来测量肿瘤组织中TAM和M2-TAM的水平。（图5a）CD11b和F4/80是TAM的细胞表面marker蛋白，CD206则是M2-TAM的marker蛋白。流式细胞仪分析表明，NDs处理显著降低浸润免疫细胞中TAM的百分比，并显著降低了总TAM中M2-TAM巨噬细胞的比例。（图5a-c）并且，通过免疫组织荧光染色检测肿瘤组织切片中浸润的TAM和M2-TAM的水平时，也观察到了相似的结果。（图5d）

图5

总结

这篇文章的亮点有两个，其一在于作者将目光聚集在“不起眼”的药物载体NDs上，阐明NDs进入机体后对于肿瘤细胞的作用。其二在于药物作用靶点的寻找，通过蛋白质谱和下拉实验证实NDs表面结合的蛋白为TβRⅡ，在确定了靶点之后再进一步探究给予NDs后TGFβ信号通路下游的变化以及肿瘤细胞特性的改变。这篇文章也为寻找药物靶点提供了新的思路。