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Innovative progress “Structural optimization and additional target identification of antisense Oligonucleotide G3139 encapsulated in a neutral cytidinyl-lipid combined with a cationic lipid in vitro and in vivo, Biomaterials” by professor Zhenjun Yang’s group

核酸药物血清稳定性差、难以跨膜及脱靶效应明显等问题严重限制了其在临床上广泛应用。十几年来,核苷()类脂质材料倍受重视,但一直未能实现包载寡核苷酸类药物转染入胞。药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室张礼和院士/杨振军教授研究团队设计合成了一系列以胞嘧啶/胸腺嘧啶为头部,以油醇甘油醚为疏水尾链,以酯键或酰胺键链接的中性脂材DXBAs(DOTA, DNTA, DOCA, DNCA), 其以氢键及π-π堆积作用与核酸类药物进行识别与结合。各项生物学评价实验结果表明,四种载体包载实现了反义寡核苷酸、核酸适配体、肽缀单链干扰RNA以及质粒DNA的细胞有效摄取,其中以DNCA最优,它使相应功能核酸(尤其是G四链适配体)的应用剂量显著降低并表现出鲜明的生物学作用效果,体内外毒性很低,在核酸药物及基因编辑研究领域具有广阔的应用前景。该项成果已于2018年在Biomaterials杂志上接受发表,北京大学药学院博士研究生马元和直读博士研究生朱月洁为论文共同第一作者,北京大学药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室杨振军教授为该文章的通讯作者。
在上述工作基础上,该团队进一步研究了在DNCA中掺入少量还原敏感型阳离子脂质体CLD (n:n = 28:3)能包载全磷硫代反义核酸G3139, 并能高效转染入胞及核内蓄积,对乳腺癌耐药细胞MCF-7/ADR抑制活性显著提高(IC50 158 nM; 未包载G3139IC50>20 μM)。发现5’-13-16PS修饰的反义核酸稳定性及抑制肿瘤增殖活性未显著降低, Bcl-2mRNA靶向特异性有一定程度提高。进一步G3139的双末端三位点锁核苷修饰(LNA-G3139),可增强其与互补RNA亲合力,提高靶基因沉默效率,在更低给药浓度下(IC50 112 nM)发挥显著抗肿瘤细胞生长抑制作用。基于转录组学和蛋白组学等机制研究揭示, LNA-G3139也显示了更强的与肿瘤细胞生长相关基因ATAD3A, AARS的亲和性,显著下调以上基因相关mRNA及蛋白的表达,协同发挥抗肿瘤活性。该类制剂体内各组织都有明显分布,也更明显地在肿瘤组织中蓄积,瘤组织局部给药显示出显著的肿瘤生长抑制能力。以上工作为反义核酸药物的研发提供了新思路,并于近期发表在Biomaterials杂志上。北京大学药学院博士研究生马元/硕士研究生赵文婷为论文共同第一作者,北京大学药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室杨振军教授为该文章的通讯作者。
该研究得到了中国科学技术部(2017ZX09303013), 国家自然科学基金委(21778006, 21332010)的支持。
原文信息:
[1] Ma Y, Zhu Y, Wang C, Pan D, Liu S, Yang M, Xiao Z, Yang X, Zhao W, Zhou X, Li Y, Pan Y, Sun J, Wang S, Guan Z, Zhang L, Yang Z*. Annealing novel nucleobase-lipids with oligonucleotides or plasmid DNA based on H-bonding or π-π interaction: Assemblies and transfections. Biomaterials, 2018, 178, 147157. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2018.06.012.
[2] Ma Y, Zhao W, Li Y, Pan Y, Wang S, Zhu Y, Kong L, Guan Z, Wang J, Zhang L, Yang Z*.  Structural optimization and additional targets identification of antisense oligonucleotide G3139 encapsulated in a neutral cytidinyl-lipid combined with a cationic lipid in vitro and in vivo. Biomaterials, 2019, 197, 182193. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2018.12.033.

 
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