Small:设计用于靶向N6 -甲基腺苷FTO去甲基化酶的谷胱甘肽-生物印迹纳米颗粒

急性髓性白血病(AML)是一种因造血干细胞的分化受损的恶性肿瘤,与实体瘤不同的是,AML是一种弥漫性恶性肿瘤,其中白血病细胞或白血病干细胞(LSCs)在外周血或骨髓龛中循环。局部治疗方式包括手术、放疗和光疗(光热或光动力疗法),不适合治疗AML。肿瘤微环境在实体肿瘤和血液学恶性肿瘤的存活率,生长,化学或复发中起着关键作用。谷胱甘肽(GSH)是最丰富的具有抗氧化功能的非蛋白硫醇。它在骨髓中过表达,参与LSC的维持。此外,谷胱甘肽通过多种机制促进肿瘤的发生、进展和转移。N6 -甲基腺苷(m6A)是mRNA最丰富的表观修饰,与包括AML在内的人类疾病相关。M6A去甲基化酶FTO通过依赖Fe2+的方式去调节相关基因使其去甲基化,并通过抑制免疫检查点基因来重新编程免疫应答,在调节LSCs中发挥关键作用。FTO抑制联合PD-1/PD-L1阻断可降低肿瘤细胞对免疫治疗的耐药性。因此,靶向FTO/m6A途径协同GSH耗损LSCs可增强抗白血病的作用。虽然谷胱甘肽消耗和生物合成抑制是合理的抗癌策略,但其潜在的生物学机制和可能的副作用尚不完全清楚。此外,正常组织中GSH半衰期短和脱靶消耗限制了治疗效果。因此,迫切需要一种高特异性、低毒、能与其他癌症治疗协同的谷胱甘肽消耗系统。

近日,吉林大学的闫飞教授团队设计并合成了负载FTO抑制剂的谷胱甘肽印迹金纳米团簇(GNPIPP12MA),该纳米粒子具有选择性谷胱甘肽耗尽能力。GNPIPP12MA纳米颗粒可选择性地靶向AML细胞和LSCs,诱导死亡,并通过GSH缺失抑制FTO/m6A甲基化。在小鼠模型中,GNPIPP12MA联合PD-L1可显著抑制白血病的进展。他们的研究结果为抗癌治疗提供了一种基于转录组学的纳米平台或“纳米药物”。

文章第一作者为无机化学2019级硕士研究生曹坤霞同学。

图1 。GNPIPP12MA的设计与制备。A)装载FTO抑制剂(GNPIPP12MA)的谷胱甘肽印迹纳米复合材料的制备。B) GNPIPP12MA通过靶向N6-methyladenosine RNA甲基化增强抗白血病免疫抑制白血病干细胞的机制。C)水溶液中GNCIPP12团簇(左)和GNPIPP12MA的光学照片(右)。D) GNCIPP12的HR-TEM图像。E) GNPIPP12MA的SEM图像。附图:单个GNPIPP12MA的扫描电镜放大图。F) GNPP12MA和GNPIPP12MA的水动力尺寸。G) GNPP12MA和GNPIPP12MA的Zeta电位。H,I) GNPIPP12MA的Au 4f的XPS测量光谱H)和XPS光谱I)。J) RhB-GSH (10 × 10−3 m)与指定浓度的GNPIPP12MA(左)或GNPP12MA孵育后的荧光光谱

图2。GNPIPP12MA通过细胞内GSH耗竭诱导AML细胞和LSCs的铁死亡。A,B) 50 μg mL−1纳米颗粒处理Kasumi-1和LSC细胞的GSH/GSSH比值(A)和GPX4活性(B)。C,D)分别用DCFH-DA (C)和BODIPY (D)染色的纳米颗粒处理的Kasumi-1或LSC细胞的代表性荧光图像来表征H2O2和脂质过氧化物。比例尺= 50 μm。E)所示纳米颗粒处理Kasumi-1和LSC细胞后的胞内Fe2+/Fe3+比值。F)经特定纳米颗粒处理的Kasumi-1和LSC细胞中HMOX1 mRNA水平的qPCR检测。G-I) PBS、GNPIPP12和GNPP12处理的Kasumi-1细胞的RNA-seq。火山图显示GNPIPP12与GNPP12中差异表达基因(DEGs)。 *P < 0.05。

图3。GNPIPP12MA在体内外对AML和LSC的靶向能力。A)在LO2、正常BM、Kasumi-1和LSC细胞中尼罗河红标记纳米颗粒(红色荧光)的细胞摄取。蓝色荧光代表细胞核。比例尺= 10 μm。B)特定纳米颗粒处理后LO2、正常BM、Kasumi-1和LSC细胞中的Au含量。C) C1498白血病模型建立及治疗方案示意图。E)使用cy7标记的GNPIPMA、GNPP12MA和GNPIPP12MA处理白血病小鼠的骨组织的荧光图像。F) 的细胞增殖试验。G-I) 菌落形成分析。3个独立实验的菌落数(G)、代表性菌落数(H)和6个菌落平均大小的定量(I)。比例尺= 50 μm。 *P < 0.05  ** p < 0.01。

图4。GNPIPP12MA基于m6A的转录组学机制。A)通过LC-MS/MS验证GNPIPP12MA处理细胞的poly(A)+ RNA中m6A的丰度。B)斑点印迹显示GNPIPP12MA处理后AML细胞或LSCs中m6A水平。C)基因特异性m6A qPCR分析。D)所示纳米颗粒(50 μg mL−1)的mRNA稳定性。E) GNPIPP12MA在白血病发生中的细胞内分子机制。 *P < 0.05。

图5。在体内,GNPIPP12MA与pdl1抗体协同降低AML。A) C1498白血病模型治疗方案。B)各组白细胞计数(n = 6)。C) BM细胞的Wright – Giemsa染色。比例尺= 10 μm。D,E)各组脾脏(D)、肺(E)代表性图像及h、E染色切片。比例尺= 10 μm。F)指示组的母细胞数(c) G)指示组的脾脏重量(d) H)指示组的肺转移病灶面积(e) I)指示组小鼠的40天生存曲线。 n = 6 /组。aPDL1: anti-PDL1。J,K)各组CD8+ T细胞(J)和CD4+ T细胞(K)的流式细胞术检测。L)不同处理组IFN-γ水平。数据为平均值±SD;* P < 0.05  ** p < 0.01。

这项研究中,该研究团队通过自组装FTO抑制剂负载的GSH印迹HSA的金纳米簇,合成了一个纳米平台,用于改善GSH的消耗和增强抗白血病的化疗免疫治疗。GNPIPP12MA在骨髓龛中选择性地靶向AML母细胞和LSCs,并通过消耗细胞内GSH诱导铁死亡。此外,GSH介导的MA释放后,FTO抑制靶RNA转录本的高甲基化,导致AML细胞和LSC增殖减少。最后,GNPIPP12MA通过增加细胞毒性CD8+ T细胞的浸润和骨髓中IFN-γ的分泌,增强了对PD-L1阻断的应答。考虑到实体肿瘤中GSH介导的类似信号通路,GNPIPP12MA可能在治疗其他癌症方面也有很好的潜力。因此,本研究不仅为一种新型的纳米表观遗传药物治疗多种癌症提供了概念验证,也为癌症进展机制提供了新的见解。

团队链接:http://synlab.jlu.edu.cn/2013/11/3640.html

论文信息:

Glutathione-Bioimprinted Nanoparticles Targeting of N6-methyladenosine FTO Demethylase as a Strategy against Leukemic Stem Cells

Kunxia Cao, Yangyang Du, Xin Bao, Mingda Han, Rui Su, Jiuxia Pang, Shujun Liu, Zhan Shi, Fei Yan*, Shouhua Feng

Small

DOI: 10.1002/smll.202106558

原文链接:  https://doi.org/10.1002/smll.202106558