郭培宣教授：叶酸-外泌体介导siRNA的胞质递送，避免被内体捕获

2019 年 9 月 12 日 外泌体之家

俄亥俄州立大学（OSU）的郭培宣教授开发了一种优化的抗癌药物递送的新方法，该研究在动物模型中测试了效果。当外泌体表面携带维生素B叶酸时，抗癌药物可以进入细胞而不被内体吸收。内体诱捕一直是药物输送中难以克服的挑战。

叶酸（FA）受体是在许多癌细胞上过表达的细胞表面糖蛋白。它是靶向癌细胞的高亲和力配体。然而，直接通过叶酸受体介导的内吞作用进行基因沉默的siRNA递送在临床试验中没有成功。华人科学家郭培宣教授此前已经报道了应用RNA纳米技术构建FA展示外泌体，用于有效的细胞靶向、siRNA递送和癌症抑制（Piet.al Nature Nanotechnology, 2018:13, 82–89; Li et al., Scientific Report,2018:8, 14,644。前期报道：【最新】Nature Nanotechnology：华人科学家郭培宣教授发明新型RNA纳米技术来“装饰”外泌体可有效抑制肿瘤生长）。然而，通过叶酸/外泌体复合物有效治疗行为的潜在机制仍不十分清楚。该研究证明了使用FA展示的外泌体的有效癌症抑制是由于受体介导的siRNA载体的胞质溶胶递送而没有内体捕获，如荧光共定位分析、基因敲低测定和动物肿瘤消退所证实的。细胞溶质siRNA递送中FA展示的外泌体的高效力将更新在癌症治疗中使用FA作为癌症靶向配体的概念和兴趣。

该方法是在美国国立卫生研究院的国家生物医学成像和生物工程研究所（NIBIB）和国家癌症研究所（NCI）的支持下开发的，其工作原理是叶酸受体在癌细胞中大量表达。郭教授最新在Journal of ControlledRelease杂志（影响因子7.901）上发表文章，在小鼠身上进行测试，将使叶酸重新成为人类癌症治疗研发的兴趣点。

“叶酸靶向一直是癌症治疗难以捉摸的方法，”NIBIB发现科学与技术部主任David Rampulla博士说。“该团队已经展示了一种有效的药物传递系统，并展示了纳米颗粒与叶酸结合如何有效靶向癌细胞。这种进步可以作为急需的癌症疗法的基础。”

叶酸是合成和细胞分裂所需的B族维生素。由于叶酸受体在癌细胞上的表达增强，叶酸已被广泛用于癌症靶向治疗25年，已经在乳腺癌、肺癌、卵巢癌、结肠直肠癌和头颈癌的研究中进行了广泛的测试。典型的方法将叶酸与抗癌药物（例如干扰RNA的纳米颗粒）配对，具有破坏癌细胞内遗传机制的潜力。

理想情况是，叶酸被细胞膜上的受体识别，这使得抗癌纳米颗粒能够进入细胞。然而，研究人员遇到了通过叶酸受体途径递送的治疗剂被困在内体囊内的挑战。因此，在过去，叶酸盐用于特定药物递送的用途尚未成功。

该OSU团队由郭培宣教授领导，他是Sylvan G. Frank Endowed药物递送主席，他采用了另一种方法将干扰RNA传递给细胞。他们将干扰RNA纳米颗粒放入表面有叶酸的外泌体中。在与癌细胞膜接触后，外泌体特异性结合癌细胞膜并与其融合，将其治疗内容物释放到细胞质的水性组分中（胞质溶胶）。

该研究小组此前已证明该方法可有效阻止小鼠的乳腺癌、结肠直肠癌和前列腺癌。该研究于2017年12月11日在Nature Nanotechnology上发表（前期报道：【最新】Nature Nanotechnology：华人科学家郭培宣教授发明新型RNA纳米技术来“装饰”外泌体可有效抑制肿瘤生长）。

在他们目前的研究中，研究人员进一步阐明治疗方案的机制。为了证明叶酸受体在作为外泌体的组分递送时增强干扰RNA纳米颗粒的递送，它们将叶酸与survivin siRNA的干扰RNA配对，从而抑制癌细胞死亡的抑制性蛋白。当细胞不死并且失去控制时，就会发生癌症。他们使用光学荧光成像技术来捕获通过外来体递送survivin siRNA治疗的效果。成像显示外泌体递送可使survivinsiRNA分布在整个细胞中。

为了确定癌细胞上的叶酸受体是否可以被特异性靶向，研究小组将这种治疗应用于小鼠宫颈癌。那些用外泌体中结合的叶酸和survivin siRNA处理的小鼠肿瘤生长减少，证实了新的癌症治疗方法的有效性。“治疗效果惊人的高，”郭教授说。“这一发现将是一项革命，将会更新使用叶酸作为癌症治疗中特定靶向剂的过时概念。”

用共聚焦激光扫描显微镜拍摄癌症肿瘤细胞的图像。最上面的图像显示，直接递送的抗癌制剂被捕获在细胞内的内体中（第一行图像中的亮点）。下面一行的图显示用干扰RNA有效递送抗癌治疗的外泌体制剂。

参考文献：Zheng Z, Li Z, Xu C, Guo B, Guo P. Folate-displaying exosome mediated cytosolic delivery of siRNA avoiding endosome trapping. JControl Release. 2019 Aug 22;311-312:43-49. doi:10.1016/j.jconrel.2019.08.021. [Epub ahead of print]