人工調(diào)控細(xì)胞表面受體聚集狀態(tài)及功能

李婧影,陳 琛,李 娟,楊黃浩

(1.福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院,食品安全與生物分析教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,2.生物科學(xué)與工程學(xué)院,福州 350108)

受體是位于細(xì)胞表面的跨膜蛋白,可作為連接細(xì)胞內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境的橋梁,用于接收來(lái)源于細(xì)胞外的化學(xué)或物理刺激,并將產(chǎn)生的信號(hào)向細(xì)胞內(nèi)傳遞[1～3].受體在生理和病理過(guò)程中發(fā)揮著重要作用,大多數(shù)細(xì)胞活動(dòng)都是由不同的受體相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)所控制的,如細(xì)胞間通訊、 細(xì)胞分裂、 增殖、 遷移和凋亡等[4].值得注意的是,大多數(shù)受體并不能以單體的形式發(fā)揮功能,而是需要形成聚集體來(lái)激活下游信號(hào)通路[5,6].在感知細(xì)胞外刺激后,許多受體會(huì)從離散的單體轉(zhuǎn)變?yōu)槎垠w甚至更高聚集程度的寡聚體,如整合素、 G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)、 酪氨酸激酶受體(RTK)及T細(xì)胞受體(TCR)[7～11],該過(guò)程對(duì)細(xì)胞的下游信號(hào)激活具有重要作用[12～15].因此,人工調(diào)控受體聚集可以實(shí)現(xiàn)對(duì)受體功能和信號(hào)通路的精準(zhǔn)、 按需調(diào)控.

目前,可用于調(diào)控受體聚集狀態(tài)的方法十分有限,比較成熟的技術(shù),如化學(xué)誘導(dǎo)二聚化(CID)體系[16]和光遺傳學(xué)[17],都依賴于基因編輯技術(shù)對(duì)目標(biāo)受體蛋白進(jìn)行改造.盡管此類技術(shù)已經(jīng)在生物分子和細(xì)胞調(diào)控方面取得了一些進(jìn)展,但在應(yīng)用于活細(xì)胞受體聚集狀態(tài)調(diào)控時(shí)仍存在許多挑戰(zhàn)[18],如CID過(guò)程不可逆且難以誘導(dǎo)更高聚集程度的寡聚體形成[19].而在光遺傳學(xué)中,光的組織穿透性是首要考慮的問(wèn)題,通常需要特制的昂貴設(shè)備,如光纖或雙光子照明系統(tǒng)[20,21].另外,這類需要基因編輯的技術(shù)難以適用于所有受體蛋白,而且可能對(duì)內(nèi)源性蛋白的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生干擾.因此,研究者們更多地將目光轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)無(wú)需依賴基因編輯技術(shù)的方法上.

本文將聚焦近年來(lái)在人工調(diào)控受體聚集及功能方面的研究進(jìn)展.根據(jù)采用的主要功能成分的理化性質(zhì)進(jìn)行分類: 一類是利用具有刺激響應(yīng)功能的納米材料,并依靠光、 電、 磁等外加物理刺激對(duì)細(xì)胞表面受體的聚集狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控; 另一類是利用具有受體識(shí)別功能的生物分子,如核酸、 蛋白及多肽等對(duì)受體進(jìn)行特異性識(shí)別,并通過(guò)分子組裝改變受體的聚集狀態(tài)(圖1).

Fig.1 Schematic representation of artificial regulating receptor clustering on cell surface

1 利用物理刺激的人工調(diào)控方法

隨著納米技術(shù)的發(fā)展,一些具有刺激響應(yīng)功能的納米材料,如光敏材料、 磁性材料和溫敏材料等,在眾多領(lǐng)域發(fā)揮了極大的作用[22].利用這些材料可以對(duì)生物體施加非侵入式的刺激,尤其適用于活體研究.目前,基于物理刺激響應(yīng)性納米材料進(jìn)行受體聚集調(diào)控的研究已取得了一些進(jìn)展[23～35].

1.1 光調(diào)控

光調(diào)控由于具有高時(shí)空精確度以及生物友好的特點(diǎn)而備受關(guān)注.Aida等[23]首次報(bào)道了一種光切割分子膠水,并將其用于調(diào)控受體二聚化和激活.這種膠水分子含有9個(gè)胍離子,可與蛋白分子中的氧陰離子基團(tuán)形成多價(jià)鹽橋而黏附在蛋白表面.此外,膠水分子中含有光切割位點(diǎn),在紫外光照射下黏附在蛋白表面的膠水分子發(fā)生光降解,導(dǎo)致分子與蛋白的相互作用減弱并將蛋白從膠水中釋放出來(lái).他們選擇間質(zhì)上皮轉(zhuǎn)化(Met)受體的配體肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)作為與膠水分子作用的蛋白,用于抑制HGF與Met受體的相互作用.經(jīng)紫外光照射后,Met受體與HGF的相互作用恢復(fù),誘導(dǎo)Met二聚化并激活,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞遷移的調(diào)控[圖2(A)].這種分子膠水可以與多種蛋白產(chǎn)生高親和力的相互作用[24,25],因此,該方法有望推廣用于不同受體的聚集調(diào)控.但由于該分子只能響應(yīng)紫外光,而紫外光照射會(huì)產(chǎn)生細(xì)胞光損傷且紫外光在組織中的穿透性較差,極大地限制了其在生物體系中的應(yīng)用[26].針對(duì)上述問(wèn)題,Salaita等[27]發(fā)展了生物相容性更高的光調(diào)控受體聚集方法,設(shè)計(jì)了一種近紅外(NIR)光驅(qū)動(dòng)的光-動(dòng)轉(zhuǎn)換器.在金納米棒(Au NRs)外包裹一層熱敏感聚合物聚(N-異丙基甲基丙烯酰胺)(pNIPMAm),利用Au NRs的光熱轉(zhuǎn)換特性,吸收NIR光產(chǎn)生熱驅(qū)動(dòng)外層的熱敏聚合物發(fā)生收縮,并在表面修飾靶向受體(如整合素或T細(xì)胞受體)的分子精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)或卵清蛋白的多肽-主要組織相容性復(fù)合體(OVA pMHC),從而實(shí)現(xiàn)了更高精度的受體聚集調(diào)控以及對(duì)細(xì)胞黏附、 遷移和免疫應(yīng)答的調(diào)控.

1.2 磁場(chǎng)調(diào)控

由于磁場(chǎng)具有良好的生物相容性,通過(guò)磁場(chǎng)刺激對(duì)納米顆粒施加拉力或扭力進(jìn)行細(xì)胞控制的方法已被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞機(jī)械傳導(dǎo)的研究中[28].磁場(chǎng)可以對(duì)磁性納米顆粒施加強(qiáng)大的外力,誘導(dǎo)納米顆粒發(fā)生聚集,從而導(dǎo)致納米顆粒-受體復(fù)合物在細(xì)胞表面形成聚集體[29,30].通常,磁性納米顆粒表面需包覆可與受體特異性結(jié)合的配體,當(dāng)細(xì)胞置于磁場(chǎng)中時(shí),細(xì)胞表面的納米顆粒受到牽引并通過(guò)受體-配體作用傳導(dǎo)微弱的拉力,將受體拉近形成聚集體.利用這種方法可以使多種受體發(fā)生寡聚化并激活下游通路,進(jìn)而調(diào)控多種細(xì)胞行為,如控制T細(xì)胞激活[圖2(B)]以及細(xì)胞凋亡等[31,32].磁調(diào)控還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程及高時(shí)空分辨調(diào)控受體聚集狀態(tài),適用于活體研究.雖然磁調(diào)控技術(shù)還處在發(fā)展初期,仍是一種進(jìn)行靶標(biāo)區(qū)域內(nèi)細(xì)胞行為調(diào)控的有力工具.

Fig.2 Chemical structure of PCGlue-NBD and schematic illustration of the mechanistic role of PCGlue-NBD for turning off and on Met dimerization caused by the interaction between Met and its ligand HGF(A)[23],schematic representation of nano-aAPC synthesis by coupling MHC-Ig dimers and co-stimulatory anti-CD28 to iron-dextran nanoparticles(B)[31] (A) Copyright 2019,American Chemical Society; (B) Copyright 2014,American Chemical Society.

1.3 溫度調(diào)控

溫度也是常用的物理刺激,它同樣具有時(shí)空分辨的調(diào)控能力以及良好的生物相容性[33].溫度敏感的聚合物在調(diào)控細(xì)胞表面受體聚集方面?zhèn)涫荜P(guān)注,其中最常見(jiàn)的是聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAAm),在生物醫(yī)藥領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用.PNIPAAm可以隨溫度改變而在收縮狀態(tài)和膨脹狀態(tài)之間切換[34].最近,Wang等[35]利用PNIPAAm與人類表皮生長(zhǎng)因子受體2(HER2)靶向多肽形成的共聚物進(jìn)行HER2受體聚集調(diào)控及監(jiān)測(cè),最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)乳腺癌細(xì)胞增殖的有效抑制,該方法將有望應(yīng)用于分子靶向的腫瘤治療.

2 利用生物分子的人工調(diào)控方法

由于大部分受體都具有天然配體,通常是蛋白、 多肽及核酸等生物分子,因此基于這些具有受體特異性識(shí)別功能的分子進(jìn)行靶向識(shí)別,并引入分子組裝過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)受體聚集的調(diào)控.

2.1 基于核酸分子識(shí)別和組裝的調(diào)控策略

核酸除了作為遺傳物質(zhì)外,近年來(lái)也被發(fā)現(xiàn)能夠作為結(jié)構(gòu)和功能單元應(yīng)用于生化分析及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域[36～38].核酸分子具有結(jié)構(gòu)可編程性和低免疫原性的特點(diǎn),便于進(jìn)行精確的分子設(shè)計(jì),在生物應(yīng)用中也更加方便[39～42].核酸適體(Aptamer)對(duì)靶標(biāo)分子具有高親和性和高特異性的識(shí)別能力,因此,常被稱為“化學(xué)抗體”.相較于抗體,核酸適體的最大優(yōu)勢(shì)是合成簡(jiǎn)單且容易進(jìn)行化學(xué)修飾,因而在生物傳感和疾病治療中具有巨大的應(yīng)用前景[43].如,受抗體多價(jià)效應(yīng)的啟發(fā),利用核酸工程化組裝可構(gòu)建靶向免疫相關(guān)受體的多價(jià)核酸適體(如T細(xì)胞表面受體4-1BB[44]和CD30[45]、 腫瘤凋亡因子受體OX40[46,47]等),用于激活免疫細(xì)胞功能,進(jìn)行腫瘤的免疫治療.隨著針對(duì)不同靶標(biāo)受體的核酸適體被大量發(fā)現(xiàn),利用核酸分子進(jìn)行人工調(diào)控的研究對(duì)象也涵蓋了越來(lái)越多的受體家族,如酪氨酸激酶受體、 整合素等,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了除免疫激活外更多類型的細(xì)胞功能的調(diào)控.

2.1.1 誘導(dǎo)受體的同源二聚化 Allen等[48]首次將核酸適體用作誘導(dǎo)RTK受體二聚化的分子開(kāi)關(guān),利用聚乙二醇(PEG)將2個(gè)靶向血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體2(VEGFR2)的核酸適體連接形成二價(jià)核酸適體,它可以作為VEGFR2的激動(dòng)劑,促進(jìn)形成內(nèi)皮細(xì)胞毛細(xì)血管樣管.該研究為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)基于核酸適體的受體激動(dòng)劑奠定了基礎(chǔ).

Fig.3 Schematic representation of DNA-based HGF mimetic(A)[49] and FGFR activation induced by FGF(left) or designed aptamer assemblies(right)(B)[50],DRIPaR for inducing thrombin-dependent Met activation,and their influences in the p-Met expression level in A549 cells(C)[51],histidine or Zn2+ DNAzyme-based D-CID of Met activation(D)[52] (A) Copyright 2016,John Wiley and Sons; (B) Copyright 2019,Royal Society of Chemistry; (C) Copyright 2017,American Chemical Society; (D) Copyright 2018,John Wiley and Sons.

Fig.4 Schematic representation of logic-based aptamer-controlled receptor assembly for modulation of cellular signal transduction(A)[53] and photo-controlled DNA assembly approach for the receptor dimerization and signaling activation(B)[54],BAAP strategy to selectively regulate Met receptor function and downstream signaling pathways(C)[56] (A) Copyright 2019,John Wiley and Sons; (B) Copyright 2018,John Wiley and Sons; (C) Copyright 2019,American Chemical Society.

隨后,Sando等[49]進(jìn)行了一系列重要研究.首先,基于核酸適體開(kāi)發(fā)了HGF類似物作為Met受體激動(dòng)劑,2個(gè)Met核酸適體(SL1)單體通過(guò)互補(bǔ)鏈雜交形成Di-SL1雙核酸適體,Di-SL1與2個(gè)Met受體結(jié)合,從而誘導(dǎo)活細(xì)胞中Met二聚化及受體激活,并最終產(chǎn)生與HGF激活相似的細(xì)胞行為[圖3(A)].其次,探討了二聚的受體間距對(duì)受體激活的影響,通過(guò)改變2個(gè)SL1之間連接鏈的長(zhǎng)度,設(shè)計(jì)了一系列不同間距的Di-SL1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Met受體之間的距離是誘導(dǎo)受體激活的一個(gè)重要因素,Di-SL1間距的增加會(huì)減弱Met受體的激活水平.該課題組[50]利用類似的策略設(shè)計(jì)了成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體(FGFR)的人工激動(dòng)劑,誘導(dǎo)FGFR二聚化,并將其應(yīng)用于維持人誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞(hiPSCs)的多功能性和自我更新活性,成為一種作為生長(zhǎng)因子類似物的理想化合物[圖3(B)].最后,他們[51]充分發(fā)揮核酸的可設(shè)計(jì)性,開(kāi)發(fā)了一種DNA核酸適體介導(dǎo)的改變RTK相互作用對(duì)象的策略,簡(jiǎn)稱DRIPaR.該策略采用的雙特異性核酸適體中包含了一段結(jié)合RTK的核酸片段和一段響應(yīng)細(xì)胞外刺激分子的核酸片段.在加入外界刺激分子后,會(huì)與雙特異性核酸適體以摩爾比1∶1∶2形成三元復(fù)合物,導(dǎo)致RTK二聚化及激活[圖3(C)].通過(guò)設(shè)計(jì)核酸序列,可以利用多種外界刺激分子作為激活RTK通路的激動(dòng)劑,如凝血酶和血小板衍生生長(zhǎng)因子.這一靈活多變的設(shè)計(jì)使得研究者可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)不同的DNA開(kāi)關(guān),進(jìn)而應(yīng)用于智能化、 生物相容的再生藥物中,實(shí)現(xiàn)在特定生物環(huán)境中對(duì)生長(zhǎng)因子信號(hào)通路和細(xì)胞活性的誘導(dǎo)激活.為了實(shí)現(xiàn)在多重環(huán)境刺激下受體功能的選擇性調(diào)控,Nie等[52]設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)DNA納米機(jī)器,利用響應(yīng)性鏈置換機(jī)制來(lái)調(diào)控受體聚集和激活信號(hào)通路.以一種非基因的DNA介導(dǎo)CID策略(D-CID)來(lái)激活受體二聚化,并通過(guò)化學(xué)響應(yīng)控制細(xì)胞行為.與傳統(tǒng)的CID相比,D-CID策略可以由不同的識(shí)別元件組成,如核酸適體、 脫氧核酶(DNAzyme).因此,D-CID可響應(yīng)不同的外界刺激,包括三磷酸腺苷(ATP)、 組氨酸(Histine)和金屬離子等,通過(guò)不同功能化的D-CID可以對(duì)細(xì)胞遷移進(jìn)行程序性和選擇性的調(diào)控[圖3(D)].

最近,Li等[53]利用DNA的可編程性,設(shè)計(jì)了DNA邏輯驅(qū)動(dòng)的組裝體系.他們模擬計(jì)算機(jī)處理器整合處理多個(gè)輸入信號(hào)的過(guò)程,創(chuàng)建了一個(gè)多輸入驅(qū)動(dòng)的DNA邏輯門(mén),實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞對(duì)各種輸入組合進(jìn)行編程性應(yīng)答,進(jìn)而調(diào)控受體聚集和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程[圖4(A)].具體來(lái)說(shuō),利用核酸適體和DNA邏輯驅(qū)動(dòng)組裝,在不同刺激條件下分別引發(fā)DNA鏈置換或光響應(yīng)的DNA雜交,實(shí)現(xiàn)按需控制受體二聚化,最終操控細(xì)胞的遷移行為.

為了提高細(xì)胞行為調(diào)控的時(shí)空分辨率,Yang等[54]提出了一種基于核酸適體的光控DNA聚集策略用于光誘導(dǎo)受體二聚化和通路激活.通過(guò)引入修飾有光切割基團(tuán)的DNA探針,實(shí)現(xiàn)了光控Met受體二聚化[圖4(B)].然而,上述策略中利用的紫外光源具有穿透深度低及生物體系內(nèi)源性吸收高等缺點(diǎn),在活體中的應(yīng)用受到一定的限制.為了克服這些困難,Nie等[55]構(gòu)建了一個(gè)新型的近紅外激活DNA激動(dòng)劑系統(tǒng)(NIR-DA),利用金納米棒對(duì)近紅外光響應(yīng)產(chǎn)生的光熱性質(zhì),使原先修飾在金納米棒表面的DNA激動(dòng)劑被釋放,通過(guò)DNA雜交誘導(dǎo)Met受體表面事先結(jié)合的核酸適體之間發(fā)生二聚化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)Met受體二聚化和通路激活的近紅外光調(diào)控.由于近紅外光具有良好的組織穿透性,該策略被應(yīng)用于深層組織的細(xì)胞功能調(diào)控.

2.1.2 誘導(dǎo)受體的異源二聚化以及寡聚化 上述大多數(shù)調(diào)控策略是通過(guò)誘導(dǎo)受體發(fā)生同源二聚化調(diào)控受體功能.最近,Yang等[56]首次提出了一種雙特異性核酸適體誘導(dǎo)人工蛋白配對(duì)(BAAP)的策略,通過(guò)誘導(dǎo)受體發(fā)生異源二聚化選擇性地調(diào)控受體功能[圖4(C)].雙特異性核酸適體探針作為分子調(diào)節(jié)劑分別與靶標(biāo)受體和配對(duì)受體結(jié)合,使活細(xì)胞膜上的2個(gè)不同類型的受體相互靠近.其中,配對(duì)受體不僅可以作為腫瘤標(biāo)志物用于提高該策略的細(xì)胞選擇性,還可在靶標(biāo)受體周圍形成空間位阻,阻礙靶標(biāo)受體的天然配體對(duì)其激活,從而抑制靶標(biāo)受體相關(guān)的信號(hào)通路.利用該策略成功地抑制了Met受體的激活以及細(xì)胞的遷移.

利用DNA形成的復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)還可誘導(dǎo)受體形成聚集程度較高的寡聚體.Teixeira等[57]通過(guò)設(shè)計(jì)DNA納米卡尺對(duì)肝配蛋白-A5(Ephrin-A5)的空間分布進(jìn)行精確控制,實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞表面促紅細(xì)胞生成素產(chǎn)生肝細(xì)胞受體(EphA2)的調(diào)控,進(jìn)而控制乳腺癌細(xì)胞的侵襲能力.其中,與受體間距為101.1 nm的納米卡尺NC100相比,間距為42.9 nm的納米卡尺NC40具有更高的EphA2激活能力.結(jié)合Sando等[49]報(bào)道的Met受體間距與受體激活之間的關(guān)系,可以推測(cè)在受體發(fā)生聚集時(shí)受體間距越小越有利于受體的激活.而DNA納米結(jié)構(gòu)的精確性和可設(shè)計(jì)性為精確調(diào)控受體間距提供了極大的便利,如Li等[58]受章魚(yú)腕足結(jié)構(gòu)的啟發(fā),通過(guò)滾環(huán)擴(kuò)增設(shè)計(jì)了一個(gè)含有多發(fā)夾結(jié)構(gòu)的DNA納米彈簧.利用DNA鏈置換反應(yīng),該納米結(jié)構(gòu)能夠像彈簧一樣運(yùn)動(dòng),更重要的是,DNA納米彈簧上修飾了多個(gè)RGD分子,因此可以用于整合素寡聚化的可逆調(diào)控,并控制細(xì)胞黏附和伸展.

2.2 基于蛋白/多肽類分子的調(diào)控策略

由于大多數(shù)受體的天然配體都是蛋白質(zhì),如腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL),它是死亡受體4和5(DR4和DR5)的配體,是一種Ⅱ型跨膜蛋白[59].近年來(lái),產(chǎn)生了許多TRAIL的模擬分子和抗體被用作死亡受體(DR)激動(dòng)劑,如AMG655和Apo2L/TRAIL,但均由于效果不如預(yù)期而沒(méi)有完成Ⅱ期臨床研究.研究者認(rèn)為這是由于在水溶液中呈分散狀態(tài)的激動(dòng)劑不能充分誘導(dǎo)受體形成聚集狀態(tài),導(dǎo)致對(duì)受體的激活效率低下,而通過(guò)構(gòu)建激動(dòng)劑的復(fù)合物則可以有效提高腫瘤細(xì)胞的殺傷率[60].另外,一些納米材料也被用于構(gòu)建多價(jià)配體以誘導(dǎo)受體寡聚化,利用多價(jià)結(jié)合機(jī)制提高誘導(dǎo)受體形成聚集體的效率和聚集程度,從而實(shí)現(xiàn)更高效的受體聚集調(diào)控[61,62].Martinez-Lostao等[63,64]將重組人TRAIL修飾到人工脂質(zhì)納米顆粒上,形成LUV-TRAIL,該體系中高度有序的TRAIL寡聚體能夠提高誘導(dǎo)DR5寡聚化的效率,并招募死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物(DISC),觸發(fā)胱天蛋白酶級(jí)聯(lián)反應(yīng),最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡.

然而,這些蛋白或抗體的分子量和尺寸通常較大,并且難以合成、 成本較高.多肽由于尺寸相對(duì)較小、 制備簡(jiǎn)單,在實(shí)際應(yīng)用中更加方便.Kolmar等[65]利用一種重組篩選得到的DR5靶向肽(DR5TP)作為T(mén)RAIL的多肽類似物[66],設(shè)計(jì)了負(fù)載多個(gè)DR5TP的大分子結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)七價(jià)DR5TP結(jié)構(gòu)具有顯著的誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的活性.最近,Kolmar等[67]設(shè)計(jì)了一種具有空間柔性的多元Fc-右旋糖苷-DR5TP共嵌物,用于誘導(dǎo)DR5寡聚化進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡.此外,一些雙功能多肽也被開(kāi)發(fā)用于誘導(dǎo)受體異源寡聚化.如,Galipeau等[68]通過(guò)融合粒-局勢(shì)細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)和白介素γ-鏈制備了一種新型蛋白,稱為GIFT融合因子(GM-CSF白介素轉(zhuǎn)基因融合).GIFT可以作為雙特異性配體誘導(dǎo)不同的受體間發(fā)生聚集,并導(dǎo)致下游信號(hào)通路的徑向變化.

除了這些來(lái)源于天然配體的多肽外,一些人造的多肽類配體也能夠用于選擇性結(jié)合靶標(biāo)受體.隨機(jī)非標(biāo)準(zhǔn)多肽整合發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)(RaPID)被用于篩選針對(duì)不同目標(biāo)蛋白的大環(huán)多肽[69].利用RaPID系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了與Met受體具有高親和力的大環(huán)多肽.通過(guò)將2個(gè)大環(huán)進(jìn)行共價(jià)連接可以誘導(dǎo)Met受體的二聚化,這種二聚的大環(huán)多肽可以模擬HGF的功能并誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的行為,包括增殖和遷移[70,71].與天然蛋白或多肽配體相比,這種二聚大環(huán)多肽作為治療性激動(dòng)劑具有一定的優(yōu)勢(shì),如便于進(jìn)行化學(xué)合成和化學(xué)修飾.同時(shí),RaPID系統(tǒng)可以用于多種膜受體蛋白,用于設(shè)計(jì)和合成人造激動(dòng)劑以激活受體的寡聚化[72].

3 總結(jié)與展望

化學(xué)生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的快速發(fā)展激發(fā)了研究者對(duì)人為按需調(diào)控細(xì)胞通路及功能的興趣.控制細(xì)胞表面受體的聚集狀態(tài)是操縱下游信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵及最初過(guò)程.本文綜述了近年來(lái)發(fā)展的一些不依賴基因編輯技術(shù)的受體聚集調(diào)控策略,可以對(duì)更多的內(nèi)源性受體進(jìn)行調(diào)控,而不會(huì)對(duì)其原本的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生干擾.盡管已經(jīng)取得了一些令人矚目的研究成果,但該領(lǐng)域仍存在諸多挑戰(zhàn).首先,由于細(xì)胞表面存在非常多不同類型的受體,現(xiàn)有方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)所有受體家族的調(diào)控.這主要是由于識(shí)別靶標(biāo)受體的分子還十分有限,如抗體、 核酸適體等.雖然這些靶向分子的篩選研究在持續(xù)進(jìn)行中,但通常整個(gè)過(guò)程周期長(zhǎng)、 成本高、 產(chǎn)出低,導(dǎo)致進(jìn)展相對(duì)緩慢.因此,開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便、 高效的靶向分子篩選技術(shù)將有利于相關(guān)研究的發(fā)展.其次,大多數(shù)研究仍處于初級(jí)階段,應(yīng)用還不夠廣泛.如,對(duì)于體內(nèi)細(xì)胞行為的精準(zhǔn)控制在許多研究中非常重要,尤其是腦科學(xué)和神經(jīng)科學(xué).因此,就要求開(kāi)發(fā)出具有組織可穿透性的高時(shí)空分辨調(diào)控策略.即使近紅外光在深層組織應(yīng)用中具有較大潛力,但仍未實(shí)現(xiàn)超越毫米尺度上的受體聚集調(diào)控乃至單細(xì)胞調(diào)控.最后,核酸、 多肽和抗體等生物分子的穩(wěn)定性差以及在活體中的循環(huán)時(shí)間短,在體內(nèi)發(fā)生的酶解以及蛋白非特異性吸附都會(huì)導(dǎo)致受體調(diào)控的特異性和效率降低.因此,發(fā)展普適、 有效、 適用于復(fù)雜生物體系的受體聚集調(diào)控策略的需求仍十分迫切.近年來(lái),在人工堿基、 非天然氨基酸等領(lǐng)域的研究已取得了初步進(jìn)展,有望為構(gòu)建高生物穩(wěn)定性的靶標(biāo)分子提供新的機(jī)遇.綜上,該領(lǐng)域的研究還處于初期及快速發(fā)展階段,需要更多的投入來(lái)克服上述困難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求.