Bioconjugate Chem.∣类病毒颗粒的诱导解体实现毒肽递送
大家好，今天给大家分享一篇最近发表在Bioconjugate Chem.上的研究进展，题为：Induced Disassembly of a Virus-like Particle under Physiological Conditions for Venom Peptide Delivery 文章的通讯作者是纽约亨特学院的Mandë Holford教授。
类病毒颗粒（virus-like particle，VLP）是由病毒结构蛋白自组装形成的纳米级颗粒，它的生物相容性好，安全无毒，具有中空的内部空间，可以用来包装核酸和多肽等小分子药物。VLPs作为药物递送载体，其用途十分广泛，其中一大特点便是可穿透血脑屏障，随后利用诸如肿瘤细胞中过表达的组织蛋白酶B来促进释放包载于VLP内部的细胞毒性肽。
在本篇工作中，作者提出了一种不依赖于肿瘤细胞特异性或者体内pH和温度等条件的机制来实现VLP的可控药物释放。作者认为，上述因素在体内难以精确控制。因此，作者开发了一种基于水相开环易位聚合（ROMP）触发VLP纳米颗粒解体的策略。作者的策略包括两个步骤：首先，将N-羟基琥珀酰亚胺活化的降冰片烯共价连接在VLP的外表面暴露的赖氨酸残基上。然后，通过引入水溶性钌催化剂引发生物正交的开环易位聚合（ROMP）反应。最终的ROMP反应是由降冰片烯底物中的环应力释放驱动的，从而触发VLP的分解和包载其中的药物的释放（图1）。
图1. VLP纳米容器对治疗性肽的递送和“拆卸”释放药物策略。
在这个验证体系中，作者采用GFP作为被包载的蛋白模型。通过将P22噬菌体的外壳蛋白与由GFP（图1中以绿色显示）和P22噬菌体的支架蛋白（图1中以金色显示）的C末端融合的构建体，进行共表达来实现。GFP-支架蛋白融合体通过非共价相互作用使外壳蛋白发生自组装，而其自身保留在外壳蛋白的内部。
通过设立对照组（无降冰片烯修饰的VLP纳米颗粒），结合天然琼脂糖电泳、动态光散射、透射电镜等表征手段，作者验证了结论：开环易位聚合（ROMP）反应能诱导VLP发生解离，伴随着VLP结构的破坏（图2）。
图2. TEM图像显示P22外衣蛋白的解体。（A）未经处理的非功能化构建体（P22His6GFP_WT，无催化剂）；（B）未经处理的降冰片烯修饰的构建体（P22His6GFP_Norb，无催化剂）；（C）催化剂处理的非功能化构建体（P22His6GFP_WT，0.45 mg / mL催化剂）；（D）催化剂处理的降冰片烯修饰的构建体（P22His6GFP_Norb, 0.325 mg/mL catalyst）
作者指出，对P22噬菌体的物理病毒学研究证实，此处诱导的ROMP反应为VLP的解体提供了足够的能量。降冰片烯的环应变为27.2 kcal /mol。每个外壳蛋白单体平均有4.12个降冰片烯修饰的赖氨酸，则每个外壳蛋白产生约47000 kcal / mol环应变能，远远大于驱动形成组装体的外衣蛋白和支架蛋白之间的结合能（5000 kcal/mol）。这同时也意味着降冰片烯环应变能的理论产率的仅需利用约10％，即可达到VLP解体的阈值。
同时，作者关注了用于引发ROMP聚合所需的催化剂浓度并不会显著引起细胞毒性。VLP纳米颗粒在高达100 μg/mL的浓度下也未引起细胞毒性（图3）。
图3. P22构建体（A）和钌催化剂（B）未发现明显的细胞毒性。
值得一提的是，作者开发的ROMP反应对VLP纳米颗粒的“拆卸”策略不依赖于P22噬菌体纳米容器的特定结构或形态，并且适用于其他VLP原型，可用于高毒性肽的递送和药物释放。
作者：WH 审校：HYL
DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.0c00494.
Link: https://dx.doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.0c00494