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癌症仍然是全球健康的主要挑战之一，每年导致近1000万人死亡。尽管化疗被广泛应用，但多药耐药性问题严重限制了其疗效。近年来，靶向细胞器（尤其是溶酶体）的策略被认为有望克服化疗耐药性。近日，北京大学董甦伟团队开发了一种新型β-葡萄糖醛酸酶响应性糖肽。该糖肽单体经β-葡萄糖醛酸修饰提高了水溶性，并在进入溶酶体前掩蔽其组装能力。利用β-葡萄糖醛酸酶在部分癌细胞的溶酶体中高表达的特性，糖肽进入溶酶体后发生酶促水解，触发自组装形成纳米纤维，导致溶酶体膜通透性增加，最终诱导癌细胞凋亡（图1）。
图1 葡萄糖醛酸酶指示的糖肽自组装通过溶酶体膜通透化实现癌细胞选择性杀伤。 研究团队首先验证了前体糖肽（gp1）在葡萄糖醛酸酶作用下能够转化为自组装糖肽（gp2），并形成纳米纤维结构（图2）。与未经糖基化修饰的多肽（p1）相比，gp1表现出显著增强的抗酶解能力和血清稳定性。细胞实验表明，gp1的细胞毒性与葡萄糖醛酸酶的表达水平呈正相关，提示其具有选择性杀伤癌细胞的潜力。 图2 糖肽的葡萄糖醛酸酶响应行为和细胞毒性。A) 酶处理前和B) 酶处理后的糖肽组装形态（比例尺：100 nm）；C) 糖肽在蛋白酶K和10% 胎牛血清中的稳定性；D) 糖肽在葡萄糖醛酸酶抑制剂Baicalin作用下的细胞毒性；E) 不同细胞中的葡萄糖醛酸酶表达水平；F) 糖肽在不同细胞中的细胞毒性。 为进一步探究细胞杀伤机制，研究团队选取葡萄糖醛酸酶高表达的HepG2细胞系进行试验（图3）。内吞抑制实验和共聚焦成像结果表明，糖肽通过能量依赖途径内吞进入溶酶体。负染电镜观察显示，溶酶体内形成了纳米纤维状结构。此外，吖啶橙染色实验证实糖肽能促使溶酶体通透化发生。 图3 糖肽内吞至溶酶体后自组装为纤维并诱导溶酶体通透化。A) 不同内吞抑制剂对糖肽内吞的影响；B) 不同浓度糖受体抑制剂（硫酸软骨素A）对糖肽内吞的影响；C) 糖肽与溶酶体的共定位分析；D) 未经处理和E) 50 μM糖肽处理的HepG2细胞溶酶体形态；F) 图E中橙色框区域的放大图；G) 未经处理和H) 50 μM 糖肽处理的HepG2细胞的吖啶橙染色图像（比例尺：10 μm）。 为阐明糖肽诱导细胞死亡的机制，研究团队对糖肽处理的HepG2细胞进行了Annexin-FITC/PI染色实验，发现细胞经由caspase依赖的凋亡途径死亡（图4）。细胞骨架染色实验进一步表明，糖肽破坏了细胞微管蛋白及肌动蛋白的结构。此外，糖肽与顺铂或阿霉素联用显著增强了对HepG2和SKOV3细胞的毒性，且协同效应随抑制剂浓度增加而增强。 图4 糖肽诱导细胞凋亡和骨架损伤并克服多药耐药性。A) 糖肽处理后的凋亡细胞比例；B) 糖肽处理后溶酶体外的caspase-3活性水平；C) 糖肽处理前后的微管蛋白形态；D) 糖肽与顺铂联合处理的HepG2细胞存活率；E) 糖肽与顺铂联合处理的组合指数；F) 糖肽与阿霉素联合处理的SKOV3细胞存活率；G) 糖肽与阿霉素联合处理的组合指数；H) 糖肽处理前后的肌动蛋白形态（比例尺：10 μm）。 综上所述，该研究开发的新型糖肽能够在葡萄糖醛酸酶指示下自组装形成纳米纤维，并通过诱导溶酶体膜通透化实现选择性杀伤高表达葡萄糖醛酸酶的癌细胞。这一发现不仅拓展了酶响应性多肽自组装的应用范围，还为靶向溶酶体的组装策略、及其应用于克服化疗耐药性问题提供了新思路。 论文信息 Glucuronidase-Instructed Glycopeptide Self-Assembly for Selective Killing of Cancer Cells through Lysosomal Membrane Permeabilization Zhongxin Xu, Changdong He, Xinyu Li, Lu Huang, Dr. Bo Cheng, Prof. Dr. Suwei Dong Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202420596
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