肿瘤特异性生物正交合成技术：PROTACs与纳米颗粒原位组装增强T细胞活性的突破性研究
作者及机构
本研究的通讯作者为北京大学化学与分子工程学院的Zhibo Liu教授，合作单位包括北京大学、昌平实验室、北京大学-清华大学联合生命科学中心等。研究团队由Chunhong Wang、Mengqi Chen、Mingzhe Zhang等共同完成，成果发表于*Nature Biomedical Engineering*期刊，于2025年10月在线发表（DOI: 10.1038/s41551-025-01560-z）。
学术背景
研究领域与动机
该研究属于化学生物学与肿瘤免疫治疗的交叉领域，核心目标是解决癌症治疗中“靶上-脱瘤毒性”（on-target off-tumour toxicity, OTOT）这一关键难题。传统基于邻近效应的疗法（如蛋白降解靶向嵌合体PROTACs和T细胞免疫疗法）因靶抗原在健康组织中广泛表达，常导致严重副作用。例如：
- PROTACs可能非特异性降解全身蛋白，引发毒性；
- HER2靶向CAR-T疗法曾因心肺毒性导致临床试验终止。
科学问题
如何实现肿瘤局部特异性激活治疗分子或免疫细胞，避免系统性毒性？
技术基础
研究团队基于生物正交化学（bioorthogonal chemistry）和肿瘤富集的氨基酸类似物（phenylalanine trifluoroborate, Phe-BF3），开发了“去笼蔽-连接”（decaging-to-ligation, D2L）策略，通过原位合成PROTACs或组装纳米颗粒，精确调控治疗分子的时空分布。
研究流程与方法
1. D2L化学系统的设计与验证
- 核心反应：Phe-BF3触发硅醚保护的苯肼（TBS-caged phenylhydrazine）去笼蔽，释放的苯肼与2-甲酰基苯硼酸（2-FPBA）通过两步反应形成稳定的二氮杂硼烷（diazaborine, DAB）。
- 验证实验：
- 体外动力学：通过液相色谱监测DAB形成速率，证实反应在生理条件下高效且特异性（半衰期>94天）。
- 细胞标记：在EGFR阳性的HeLa细胞中，TBS-西妥昔单抗（cetuximab）经Phe-BF3激活后，荧光标记效率提升4.2倍（图1i-k）。
2. 肿瘤特异性PROTACs合成与蛋白降解
- 分子设计：将BRD4配体JQ1(+)与E3连接酶CRBN配体（thalidomide, THD）通过D2L系统连接，形成JQ1(+)-DAB-THD（图2a）。
- 功能验证：
- 体外降解：在Hela、T47D和MV4-11细胞中，原位合成的PROTACs显著降低BRD4水平（降解效率达3.35%-22.1%），且依赖蛋白酶体途径（图2e-g）。
- 体内安全性：小鼠模型中，肿瘤局部PROTACs浓度（172 nM）远超降解阈值（DC50=48 nM），而肠道等健康组织无BRD4降解（图3i-n）。
3. 纳米颗粒组装与T细胞招募
- 纳米“胶水”设计：金纳米颗粒（AuNPs）分别修饰RGD肽（靶向肿瘤整合素αvβ3）和抗CD3肽（招募T细胞），通过D2L系统在肿瘤部位组装（图4a）。
- 效果验证：
- 体外杀伤：组装后的AuNPs使T细胞对B16F10黑色素瘤细胞的杀伤率提升至53%（图4j）。
- 体内治疗：联合PD-1抗体后，肿瘤微环境中CD3+CD8+ T细胞比例增加14.8倍，且无系统性免疫过度激活（图5l）。
主要结果与逻辑链条
- D2L化学的普适性：成功应用于抗体标记、PROTACs合成和纳米颗粒组装，验证了其模块化设计优势。
- 肿瘤选择性：Phe-BF3依赖LAT-1转运体在肿瘤中富集，确保局部反应（补充图12）。
- 毒性控制：与传统PROTACs相比，原位合成策略将小肠毒性降低至可忽略水平（图3m-n）。
结论与价值
科学意义
- 首次将生物正交化学扩展至肿瘤局部诱导邻近效应，为精准癌症治疗提供通用平台。
- 解决了PROTACs和T细胞疗法的OTOT毒性瓶颈。
应用前景
- PROTACs开发：可推广至其他靶点（如KRAS、MYC）。
- 免疫治疗：纳米“胶水”策略可适配多种双特异性抗体。
研究亮点
- 创新方法：D2L系统将化学激活与生物正交连接耦合，实现时空控制。
- 多场景验证：从分子降解到细胞互作，覆盖癌症治疗两大核心机制。
- 临床转化潜力：AuNPs和Phe-BF3均为临床阶段分子，安全性已获验证。
补充价值
研究还揭示了整合素αvβ3表达与T细胞疗效的相关性（补充图10），为患者分层提供生物标志物。
（全文共约2000字，涵盖研究全貌及关键细节）