靶向嵌合体的刺激激活核糖核酸酶用于肿瘤微环境激活癌症治疗

脱靶效应限制了RNA降解方法。在这里，作者开发了一种靶向嵌合体的肿瘤微环境激活核糖核酸酶（RiboTAC），证明H2O2和酸激活降解pre-miR-21，可有效恢复肺癌的放射敏感性。

　　

肿瘤微环境激活的核糖核酸酶靶向嵌合体用于癌症治疗的研究解读

苏州大学放射医学与防护国家重点实验室、放射医学与防护学院以及江苏省高校放射医学协同创新中心的研究人员于 2025 年 2 月 3 日在Nature Communications期刊上发表了题为 “Stimulus-activated ribonuclease targeting chimeras for tumor microenvironment activated cancer therapy” 的论文。该研究成果意义重大，为癌症治疗开辟了新的路径，有望解决传统癌症治疗手段的一些局限性，提高癌症治疗的精准性和有效性。

一、研究背景

RNA 在许多生物过程中发挥着关键作用，RNA 干扰（RNAi）作为一种有前景的癌症治疗方式，可选择性沉默靶基因表达。然而，传统 RNAi 疗法使用的反义寡核苷酸和小干扰 RNA（siRNAs）存在诸多问题，如细胞摄取差、递送效率低、潜在系统毒性以及易被血清核糖核酸酶（RNases）降解等 。核糖核酸酶靶向嵌合体（RiboTACs）技术的出现为 RNAi 带来新希望，它能通过招募 RNase L 选择性降解靶 RNA，但潜在的脱靶降解导致的系统生物毒性限制了其临床应用 。恶性肿瘤的肿瘤微环境（TME）具有弱酸性、高活性氧（ROS）水平和过表达蛋白酶等特殊生物学特征，利用这些特征开发刺激响应性分子成为提高肿瘤诊断和治疗准确性的有效策略。基于此，研究人员设计了一种 TME 激活的 RiboTAC（TaRiboTAC），旨在实现对核糖核酸酶活性的精准调控和靶 miRNA 的高效降解，用于精准肿瘤治疗。

二、研究材料和方法

（一）材料

研究使用了多种化学试剂和生物材料，包括从不同公司购买的肽、染料、化学药品、酶、抗体以及细胞和实验动物等。这些材料用于化合物合成、细胞培养、动物实验以及相关检测分析。

（二）方法

1. 化合物合成：通过多步反应合成了 pH 和双响应的 pre - miR - 21 降解剂 RIBOTAC21 - BA 以及对照化合物 RIBOTAC - BA 和 RIBOTAC21。合成过程涉及多种化学反应，如取代反应、还原反应、环加成反应等，并通过 NMR 和质谱对中间体和最终产物进行表征。
2. 光学性质研究：使用 UV - Vis 光谱仪、荧光光谱仪等仪器测定探针的吸收和荧光光谱，研究其光学性质。通过动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）分析化合物在水溶液中的粒径和形态。
3. 细胞实验：培养人肺癌细胞 A549 和人正常肺支气管上皮细胞 BEAS - 2B，用于研究化合物的细胞毒性、细胞摄取、对 miR - 21 的降解作用以及对癌细胞放射敏感性的影响。采用 MTT 法检测细胞毒性，实时共聚焦成像观察细胞摄取，琼脂糖凝胶电泳和 Western blotting 分析 miR - 21 - 5p 和相关蛋白的表达。
4. 动物实验：构建 A549 荷瘤小鼠模型，用于评估化合物的体内肿瘤靶向能力、成像性能以及放射治疗效果。通过尾静脉注射化合物，利用 IVIS 系统进行体内荧光成像，记录肿瘤大小和小鼠体重变化，对肿瘤组织进行组织学染色分析。

三、研究技术路线

研究人员首先设计并合成了 RIBOTAC21 - BA，该降解剂由两个 pre - miR - 21 结合剂、一个激活的 RNase L 招募剂、一个肿瘤靶向肽（cRGD）和一个近红外荧光团（IR780）组成。在生理条件下，RIBOTAC21 - BA 自发组装成纳米颗粒，荧光淬灭且 RNase L 招募功能处于非活性状态。当在肿瘤部位积累后，TME 中的低 pH 和高水平使纳米颗粒解聚，暴露 RNase L 招募剂并激活荧光，从而实现对 pre - miR - 21 的靶向降解 。降解 pre - miR - 21 可增强癌细胞的放射敏感性，进而有效抑制小鼠体内人肺腺癌 A549 肿瘤的生长。

四、研究结果

（一）pH/双响应 pre - miR - 21 降解剂的合成与表征

成功合成了 RIBOTAC21 - BA，并通过 NMR 和质谱对其结构进行了确证。RIBOTAC21 - BA 在 PBS 缓冲液中显示出 IR780 染料在近红外区域的特征吸收，荧光明显淬灭，且能自发聚集形成纳米颗粒，粒径为 98.7nm，具有良好的稳定性 。随着 DMSO 体积分数增加，最大吸收峰蓝移，进一步证实了其在水溶液中形成纳米聚集体的特性。

（二）pH 响应性分子构型转变

研究发现，随着溶液 pH 从 7.4 降至 5.5，RIBOTAC21 - BA 的粒径显著减小，从 98.7nm 降至 22nm，吸收峰强度增加，荧光强度逐渐增强。这是由于酸性条件下 pre - miR - 21 结合剂质子化，导致 RIBOTAC21 - BA 聚集体解聚。计算模拟结果表明，分子在中性和酸性条件下的层间距不同，质子化后分子堆积变松散，有利于 pre - miR - 21 靶向和 RNase L 招募。

（三）RIBOTAC21 - BA 的肿瘤靶向能力

细胞实验表明，RIBOTAC21 - BA 在肺癌细胞 A549 中的荧光信号强度明显高于正常细胞 BEAS - 2B，且在酸性条件下（pH = 5.5）荧光强度进一步增强，约为中性条件下的 3.4 倍 。在肿瘤球实验中，RIBOTAC21 - BA 能够深入肿瘤球内部，而 RIBOTAC - BA 仅在肿瘤球边缘有荧光信号。体内成像结果显示，RIBOTAC21 - BA 在荷瘤小鼠肿瘤部位的荧光强度显著高于 RIBOTAC - BA，表明其具有良好的肿瘤靶向和穿透能力。

（四）pH/双响应降解 pre - miR - 21 的体外研究

HPLC 监测结果显示，在存在下，RIBOTAC21 - BA 的 PBA 基团逐渐被切割，约 28.2min 时几乎完全去除，生成活性 RIBOTAC21 。RIBOTAC21 - BA 对具有良好的选择性，在存在下能够有效招募 RNase L，诱导其寡聚化，且寡聚化程度随 RIBOTAC21 - BA 浓度增加而增强。同时，RIBOTAC21 - BA 在和酸性 pH 条件下能够高效降解 pre - miR - 21，且对 pre - miR - 21 具有良好的特异性。

（五）癌细胞中 pre - miR - 21 降解的研究

MTT 实验表明，RIBOTAC21 - BA 和 RIBOTAC - BA 对 BEAS - 2B 细胞的细胞毒性可忽略不计，而 RIBOTAC21 对 BEAS - 2B 和 A549 细胞均具有显著细胞毒性 。在 A549 细胞中，RIBOTAC21 - BA 能够有效降解 miR - 21 - 5p，且随着其浓度增加，降解作用增强，同时上调下游蛋白 PDCD4 的表达 。在荷瘤小鼠体内，RIBOTAC21 - BA 处理后肿瘤组织中 miR - 21 表达降低 42%，PDCD4 表达显著增加。克隆形成实验和 γ - H2AX 免疫荧光染色结果表明，RIBOTAC21 - BA 能够显著提高肺癌细胞的放射敏感性。

（六）TaRiboTACs 介导的肺癌放疗研究

对荷瘤小鼠进行不同处理后发现，RIBOTAC21 - BA + X 射线组的肿瘤生长抑制率高达 74.3%，显著优于其他对照组 。组织学染色结果显示，该组肿瘤细胞出现严重的核固缩和坏死，Ki67 表达降低，TUNEL 阳性细胞增多，表明肿瘤细胞增殖受到抑制，凋亡增加。同时，主要器官的 HE 染色显示 RIBOTAC21 - BA 具有良好的生物相容性，对正常器官无明显损伤。

五、研究结论与讨论

本研究成功开发了一种 TME 激活的 RiboTACs 技术（TaRiboTACs），通过设计合成 RIBOTAC21 - BA，实现了在 TME 中对 pre - miR - 21 的选择性降解，有效提高了癌细胞的放射敏感性，实现了对人肺腺癌 A549 肿瘤的高效抑制 。理论计算和实验数据表明，RIBOTAC21 - BA 在正常生理条件下对靶 RNA 呈惰性，而在酸性 pH 和的共同作用下，能够激活招募 RNase L 的活性，选择性降解肿瘤内的 pre - miR - 21，降低了系统毒性 。研究还发现，RIBOTAC21 - BA 具有良好的肿瘤特异性和生物安全性，能够特异性内化进入 A549 癌细胞，对正常 BEAS - 2B 细胞影响较小 。

该研究成果为肿瘤治疗提供了一种新的策略，TaRiboTACs 技术有望扩展到其他类型疾病的治疗，为精准基因治疗提供新的思路。然而，目前该研究仍处于基础研究阶段，未来需要进一步优化 TaRiboTACs 的设计，提高其在体内的稳定性和疗效，同时开展更多的临床前和临床试验，评估其安全性和有效性，以推动其临床转化应用 。