学术报告

作者与出版信息

本文的主要作者是Yuqi Zhang、Jinfeng Zhu、Ling Qiu、Zhengzhong Lv、Zhongsheng Zhao、Xingxiang Ren、Yirui Guo、Yan Chen、Miao Li、Yurong Fan、Zhixin Han、Yiming Feng以及Haibin Shi，研究分别来自苏州大学放射医学与防护国家重点实验室、意大利罗马“Tor Vergata”大学实验医学系、无锡江苏核医学研究所等多家研究机构。该论文发表在《Nature Communications》期刊上，文章DOI为“10.1038/s41467-025-56691-3”，论文接收日期为2024年9月24日，出版日期为2025年1月。

研究背景

这项研究聚焦于肿瘤治疗领域中的一种新兴技术——核糖核酸酶靶向嵌合物（ribonuclease targeting chimeras，简称“Ribotacs”）。RNA（核糖核酸）作为生命中的关键分子，包括mRNA、miRNA和长链非编码RNA在内，参与基因调控、蛋白质合成及酶催化等多个生物活动。这使RNA干预（RNA interference, RNAi）成为治疗癌症等疾病的前沿策略，既有利于靶向特定基因，又能影响调控途径。然而，传统RNA干预手段，如反义寡核苷酸（antisense oligonucleotides）和小干扰RNA（siRNAs），由于细胞摄取效率低、递送效率差及潜在的系统毒性等问题，在临床应用上受到了较大限制。

Disney等研究者早先开发的Ribotacs技术，在分子层面实现了通过一种能够结合靶向RNA的小分子与RNA酶招募器结合，从而选择性降解RNA的能力，它避免了传统RNA靶点的“不可成药性”（undruggability）。尽管此技术显示出治疗多种疾病的潜力，但“脱靶”所致的系统性毒性问题限制了其临床转化。因此，本文旨在开发一种新型Ribotacs分子，以解决该技术在应用中的限制。

研究目标

研究团队希望构建一种肿瘤微环境（tumor microenvironment，简称TME）响应性的Ribotacs，称之为“Taribotacs”（TME-activated Ribotacs）。该技术旨在通过对RNA酶招募器关键位点的“封闭与开启”调控，实现靶向降解与正常组织毒性的平衡，从而开发一种更为精准且高效的癌症治疗策略。

研究流程与实验工作

1. 分子设计与合成

研究团队设计并合成了一种具有pH和H2O2双响应性的特定pre-miR-21降解剂，命名为Ribotac21-BA。此分子由四个主要部分构成： - 两个能够与pre-miR-21结合的小分子绑定位点； - 一个H2O2激活的RNA酶L（RNase L）招募器； - 一个癌症特异性多肽环RGD（cRGD）； - 一个近红外标记染料IR780。

在生理条件下（中性pH），Ribotac21-BA形成稳定的纳米颗粒，抑制RNase L的招募功能。但当到达肿瘤组织后，由于TME中的酸性环境与过氧化氢浓度升高，分子解聚，关键位点被激活，触发对靶向RNA的降解作用。研究者通过核磁共振（NMR）及质谱（MS）对所有合成的中间体及最终产物进行了结构表征和验证。

2. 分子形态与光学特性研究

研究对Ribotac21-BA在不同pH值下的纳米颗粒直径进行了动态光散射（DLS）及透射电子显微镜（TEM）分析，发现其在pH值从7.4下降至5.5时，由约98.7nm降至22nm。同时，其荧光特性由弱荧光到高强度荧光显著提升，这一结果说明分子在酸性环境下的解聚以及RNase L招募和miRNA结合位点暴露。

3. 肿瘤靶向及细胞摄取性能测试

研究进一步在肺癌细胞A549和正常细胞HEK293中测试了分子的靶向能力。实验结果表明，含有cRGD的Ribotac21-BA能够特异性结合癌细胞膜上过表达的整合素αvβ3，从而在癌组织中特异性富集。此外，通过三维细胞球体模型验证，该分子在酸性环境下表现出良好的组织渗透能力和靶向癌组织的能力。

4. RNA降解性能测试

团队采用体内外实验系统验证了Ribotac21-BA对靶标pre-miR-21的降解能力。在中性条件下，分子几乎没有活性，但在pH值降低和H2O2存在下，其RNA降解效率显著提升，是正常组织中降解效率的2.4倍以上。此外，竞争实验和特异性分析结果表明，Ribotac21-BA能高度选择性地靶向pre-miR-21，而对其他RNA分子无显著降解作用。

5. 癌细胞中的作用机制研究

研究进一步探讨了Ribotac21-BA对肿瘤细胞凋亡和放射敏感性的调控作用。通过qPCR和Western blot分析，证明其能够显著下调肿瘤细胞中的miR-21，并上调癌症抑制蛋白PDCD4的表达，从而抑制癌细胞增殖，诱导凋亡。放射敏感性克隆形成实验显示，该分子结合X射线照射后，能够极大地提高癌细胞对放射治疗的灵敏度，显著降低细胞存活率。

6. 动物模型的体内研究

研究团队在带A549肺腺癌的裸鼠模型中测试了Ribotac21-BA的抗肿瘤疗效。单独使用Ribotac21-BA可抑制肿瘤生长，但联合X射线治疗后，肿瘤抑制率高达74.3%。通过肿瘤组织切片的HE、Ki67和TUNEL染色，进一步证实了肿瘤组织中的坏死、增殖抑制和凋亡加剧。此外，毒性及安全性评估结果显示，Ribotac21-BA对正常器官无明显损害。

研究结论

本文开发了一种新型的TME激活型Ribotacs（Taribotacs）技术，能够精准调控RNA酶活性并高效降解肿瘤相关的pre-miR-21。通过结合酸性pH和过氧化氢浓度的双响应能力，该分子成功解决了传统Ribotacs脱靶生物毒性的问题。动物实验进一步表明，Ribotac21-BA具备显著的肿瘤抑制和放射增敏效果，为精准肿瘤治疗提供了一种新策略。

研究亮点

1. 创新性分子设计：整合pH和H2O2双响应能力，实现空间与时间的靶向RNA降解。
2. 显著的生物安全性：在中性条件下保持惰性，仅在肿瘤微环境中激活。
3. 出色的抗肿瘤效果：显著下调miR-21，增强癌细胞对放疗的敏感性。
4. 广阔的应用潜力：该策略可扩展至其他RNA靶点，或应用于多种疾病的精准治疗。

研究价值

这一研究不仅展示了Taribotacs技术在肿瘤治疗中的高效性和精确性，同时也为RNA干预技术的临床转化提供了重要思路。未来，这种技术有望用于更多类型癌症的联合治疗，推动基因治疗领域的持续发展。