大家好
，
今天为大家分享一篇最近发表在
J. Am. Chem. Soc.
上的文章
，
题目为
Helix-Guarded Molecular Clips for Cell-Free DNA Scavenging and Treatment of Systemic Lupus Erythematosus
。
这篇文章的
通讯作者
是来自
哥伦比亚大学的梁锦荣教授、苏州大学的李有勇教授和殷黎晨教授。
细胞外游离
DNA
（
cfDNA
）是触发的自身免疫性疾病系统性红斑狼疮（
SLE
）的关键因素之一，传统阳离子聚合物虽能通过静电作用结合
cfDNA
，但在复杂体内环境中易被血清蛋白竞争置换，导致
cfDNA
重新暴露并激活
TLR9
通路。在本文中作者开发了一种基于树状大分子模板的螺旋多肽分子夹（
G3-8
），通过静电吸引、盐桥作用及刚性
α
-
螺旋的空间限制，实现了
cfDNA
的高效捕获与稳定清除。在
SLE
小鼠模型中，
G3-8
显著抑制
TLR9
介导的炎症反应，逆转器官损伤，为
SLE
治疗提供了全新策略（图
1
）。
图
1.
G3 -8
介导的
cfDNA
清除和
SLE
治疗示意图
作者以树枝状高分子
PAMAM-Gm
（
m = 2
，
3
，
4
，指不同代）作为引发剂，引发侧链带炔基的谷氨酸苄酯
NCA
（
POBLG-NCA
）的开环聚合，随后通过点击反应接上胍基，得到一系列球型阳离子螺旋多肽（
SPPs
）库
Gm-n
（
n
为理论平均聚合度）；作为对照，作者合成了一系列线性的聚阳离子（
LPPs
）记为
L-n
。
体外结合实验表明，基于
G3
的螺旋多肽库比
G2
和
G4
的核酸结合能力更强，表明适中的阳离子多肽密度更有利于结合核酸。
G2-n
的核酸结合效率随着多肽链长度的增加而增加，而
G3-n
和
G4-n
的趋势相反，说明较高密度下更短的螺旋更有利于结合
cfDNA
；相比之下，
LPPs
显示出较弱的核酸结合效率。作者随后将多肽库与
CpG
（一种促炎核酸）共孵育，筛选多肽对
RAW 264.7
细胞的抗炎能力。在所有的多肽中，
G3-8
表现出最高的抗炎效率，肿瘤坏死因子
(TNF)-
α
抑制率为
93%
（图
2a
），因此之后作者都使用
G3-8
进行后续研究。
作者使用了多种核酸类（
NA
）和非核酸类（
non-NA
）的免疫激动剂刺激
RAW 264.7
细胞，
G3-8
可以有效地抑制核酸类免疫激动剂，而对非核酸类激动剂无抑制效果（图
2b
），表明
G3-8
是通过清除免疫刺激
NA
而非抑制
TLR
受体来抑制免疫。
图
2
.
多肽抑制免疫刺激的能力
胍基通过盐桥起到了非常重要的核酸结合作用。作为对照，作者合成了用伯胺代替胍修饰的
G3-8
，记为
aG3-8
。如图
3a
所示，
aG3-8
在抑制促炎细胞因子产生效率远低于
G3-8
。免疫抑制的效果强弱取决于与多肽结合核酸的能力，作者用
EB
排斥实验测试了不同多肽对
CpG
的结合，结果表明
G3-8
比
a-G3-8
具有更强的
CpG
结合效率（图
3b
），根据双逻辑回归曲线计算，
G3-8
具有更高的结合常数（
Ka
）和结合位点数（
n
）
（图
3c
）
。
FRET
实验证明，在血清中，
G3-8
与
CpG
形成的复合物更稳定（图
3d
）。
除此之外，
SPP
表面的多肽
α
-
螺旋排列
对结合核酸也十分重要。作者合成了
L-8
（线性螺旋多肽）与无规卷曲的
G3-8
类似物（记为
D, L-G3-8
）作为对照。
L-8
和
D, L-G3-8
在
CpG
结合、血清抵抗、
TLR9
抑制和抗炎症方面的效率明显低于
G3-8
（图
3a-d
），表明
SPP
表面的
α
-
螺旋正点多肽排列的重要性，作者推测
G3-8
相邻螺旋间距（
2.0 nm
）与
cfDNA
链宽匹配，形成“分子夹”结构，通过空间限制增强
cfDNA
结合稳定性。分子动力学模拟进一步表明，聚合物侧链的芳香环与疏水部分与核酸碱基有相互作用，进一步增强了
G3-8
与核酸的结合。
图
3
.
G3-8
通过静电吸引、盐桥和空间约束清除
cfDNA
FRET
实验证明，
G3-8
在静脉注射后在体内仍能与
Cy5
标记的
DNA
有稳定的结合
（图
4
a
、
b
）。
G3-8/DNA
复合物通过其阳离子特性从血液循环中迅速清除，清除半衰期为
2.00
小时，而未注射
G3-8
的
DNA
半衰期为
1.77
小时。此外，体外荧光成像显示，
G3-8
与
DNA
复合物主要通过胆汁排泄
清除。同时，作者在结肠中观察到明显的
FRET
信号，表明
G3-8
在被清除出体内之前可以持续稳定地结合
DNA
（图
4c
）
。
图
4
.
G3-8
与
DNA
在体内的结合和清除
最后作者在
SLE
小鼠上证明了
G3-8
的治疗效果。静脉注射
G3-8
显著降低了血清中
cfDNA
和
dsDNA
的水平，分别下降了
39%
和
56%
（图
5b
）。同时，抗核抗体（
ANA
）、抗
Sm
和抗
dsDNA
抗体的水平分别减少了
75%
、
62%
和
77%
，几乎恢复到正常水平
（图
5c
）
。免疫系统的白细胞（如多形核中性粒细胞、淋巴细胞和单核细胞）水平也显著恢复正常。治疗后，
G3-8
有效保护了小鼠的肾脏和脾脏，尤其是通过恢复血清中的血尿素氮（
BUN
）、血清肌酐（
SCR
）和尿白蛋白与肌酐比值（
UACR
）来改善肾功能（图
5d-g
）。同时，肾脏组织的组织学分析显示，
G3-8
显著减轻了肾小球纤维化和细胞浸润，降低了肾小管病变的严重程度，恢复了正常的肾功能（图
5h
、
i
）。此外，
G3-8
能有效缓解
SLE
小鼠脾肿大（图
5j
、
k
）。以上结果表明，
G3-8
可以通过恢复紊乱免疫系统的稳态，有效预防
SLE
的器官损害。并且在
SLE
小鼠急性加重模型上
G3-8
也表现出优异的抗炎效果。
图
5
.
G3-8
对
SLE
小鼠的治疗作用
总的来说，本文开发了基于树状大分子模板的螺旋多肽分子夹（
G3-8
），通过静电吸引、盐桥作用及刚性
α
-
螺旋的空间限制，实现了
cfDNA
的高效捕获与稳定清除
，
并
有效地抑制了
TLR9
的异常激活。
G3-8
使
SLE
小鼠免于自身抗体诱导的器官衰竭，并在急性加重期间减轻炎症。
总的来说，
G3-8
作为一种高效的
cfDNA
清除剂，为
SLE
的治疗提供了一种新的策略，有望在未来的临床应用中发挥重要作用。
作者
：
Z
HS
审校
：
SYM
DOI:
10.1021/jacs.4c15646
Link
:
https://doi.org/10.1021/jacs.4c15646
上一篇
