【摘 要】
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聚糖是细胞的基本组成成分之一,是自然界中最丰富、最多样化的生物高分子,是调节细胞识别、细胞通讯、细胞粘附和免疫反应的关键。糖基化是一类非模板驱动的生物合成过程,其进程取决于细胞类型。异常糖基化与疾病(如癌症)的进程息息相关。因此,针对特定类型的细胞进行聚糖重构对于充分理解和精确调节聚糖功能具有重要意义,可以为组织特异性聚糖成像和肿瘤免疫治疗提供有力的工具。现有的细胞特异性聚糖重构方法主要有两类:间
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聚糖是细胞的基本组成成分之一,是自然界中最丰富、最多样化的生物高分子,是调节细胞识别、细胞通讯、细胞粘附和免疫反应的关键。糖基化是一类非模板驱动的生物合成过程,其进程取决于细胞类型。异常糖基化与疾病(如癌症)的进程息息相关。因此,针对特定类型的细胞进行聚糖重构对于充分理解和精确调节聚糖功能具有重要意义,可以为组织特异性聚糖成像和肿瘤免疫治疗提供有力的工具。现有的细胞特异性聚糖重构方法主要有两类:间接的内部代谢途径和直接的外部糖功能酶作用。内部代谢途径可以将代谢前体的靶向递送阶段和细胞聚糖重构阶段区分开来,从而实现细胞选择性,但该方法可能会对细胞生理状态造成干扰、产生意外的糖基化位点,存在操作时间冗长等问题。而文献报道的利用外部酶反应的方法,在酶被引导到目标细胞表面的过程中,会不可避免的在非靶细胞表面的聚糖上产生作用,降低细胞选择性。因此,严格控制酶在细胞靶向传递和聚糖重构这两个过程中的催化活性是特定细胞表面聚糖重构的关键。目前对酶的活性调控主要是通过在酶的特定位点上修饰可切割(如光切)的化学分子,使酶处于催化惰性的状态。另一种常用方法是将酶共价固定在纳米结构中,以减少其与相互作用分子之间的接触。这种基于共价键合的方法是对酶本身固有的性质进行调控,可能会导致酶的活性恢复缓慢,甚至部分损失,并且需要针对不同的酶合成不同的连接探针,操作繁琐,且不具备通用性。近年来,对金属有机框架(Metal-organic framework,MOF)材料的研究在基础化学、纳米技术、生物医学等交叉学科领域得到了快速的发展。而ZIF-8作为MOF中最具代表性的一个亚类,通过2-甲基咪唑(2-MIM)和锌离子之间的配位作用形成,在EDTA存在下能很快降解,具有良好的水热稳定性和生物相容性,被广泛用于生物传感、药物递送、固定化酶等方面。在本文中,我们提出了一种通过调控“酶活性中心可接近性”实现特定细胞表面聚糖精准改造的策略(SEA,Switchable enzymatic accessibility)。SEA 是一个通用的、多功能化的平台,它将可以调控酶可接近性的MOF材料(ZIF-8)和细胞靶向识别探针(Apt)结合起来,后续可以对接生物正交标记,实现细胞选择性的聚糖重构和成像。探针的合成是先通过仿生矿化作用,将半乳糖氧化酶(GO)封装在ZIF-8的空穴里,形成GO@ZIF-8复合物,再通过静电吸附作用组装上Apt,得到最终用于聚糖改造的探针GO@ZIF-8@Apt。由于细胞表面的聚糖都是连接在蛋白或糖脂上,以糖复合物大分子的形式存在,所以这些聚糖无法接触到ZIF-8封装的GO。本工作将特定细胞表面的聚糖重构划分为两个阶段:第一阶段通过Apt识别将ZIF-8封装、催化活性中心不可接近的GO递送到目标细胞表面(若没有ZIF-8封装,GO会在递送到靶细胞的过程中,催化氧化其它细胞表面的聚糖);第二阶段是通过ZIF-8的降解,使GO在靶细胞表面释放(酶扩散速度慢,靶细胞附近有效酶浓度高),暴露活性中心,将靶细胞表面Gal/GaINAc上C-6位置的羟基氧化成醛基,然后进行生物正交标记和成像。该策略利用ZIF-8允许小分子通过,阻碍大分子交换的“分子筛”特性实现了酶活性中心可接近性的调控,且该方法具有通用性(适用于不同的糖功能酶),操作时间短,空间分辨率高(能够精确区分共培养条件下相邻的细胞株),可广泛用于特定细胞表面各种聚糖的改造和成像,具有广阔的应用前景。
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