量子点实时跟踪内皮微粒靶向传递miRNA调控肿瘤血管生成动态过程

As bioactive membrane vesicles secreted by endothelial cells, endothelial microparticles (EMPs) have been shown to have important biological functions. We have previously revealed that the regulation of tumor angiogenesis by EMPs might be tightly associated with their selective packaging and targeted delivery of microRNAs (miRNAs). However, due to lack of efficient dynamic research platforms, clarification of the intricate regulatory mechanism during EMP-mediated miRNA delivery remains to be a great challenge. Our recent studies have, for the first time, realized reliable and efficient fluorescent labeling of cell-derived microparticles using quantum dots (QDs), which have been demonstrated to be applicable to both in vivo imaging and dynamic tracking of EMPs. Our present project is proposed to further realize the simultaneous labeling of EMPs and their miRNA cargoes using QDs. Then, QD-based single-particle tracking will be established to monitor and investigate the dynamic process of miRNA-delivery mediated by EMPs. Meanwhile, the in vivo distribution rule and miRNA-delivery function of EMPs in animal tumor models will be studied by employing multimodality imaging techniques. Our study, which will develop the first dynamic research platform for cell-derived microparticles, may help elucidate the miRNA-delivering function of EMPs during the process of tumor angiogenesis, shed new light on development of novel targets or treatments for tumors and other related diseases.

内皮微粒作为内皮细胞通过出芽方式分泌的富含生物活性分子的膜性囊泡已被证实具有重要生物学功能。本项目前期研究发现内皮微粒对肿瘤血管生成的调控作用可能与其选择性包裹并靶向传递miRNA有关，然而限于动态研究平台的缺乏，关于该过程中更精细的调控机制，目前还无法进一步阐明。本项目组近期首次实现对细胞源性微粒稳定可靠的量子点标记，并将其用于内皮微粒的活体成像和动态示踪。基于上述工作基础，本项目拟进一步利用量子点实现对内皮微粒及其内部miRNA的多重标记，结合单颗粒示踪技术实时研究内皮微粒靶向传递miRNA的动态过程，以揭示该过程中的关键分子事件及受体细胞的变化规律。同时，利用活体成像技术，研究内皮微粒在荷瘤小鼠体内的分布特点及其miRNA靶向传递作用。本项目首次发展针对细胞源性微粒的动态研究平台，有望揭示内皮微粒通过靶向传递miRNA调控肿瘤血管生成的作用和机制，为肿瘤及相关疾病的治疗提供新的思路。

细胞源性微粒（cell-derived microparticles，MPs），又称细胞源性微囊泡（cell-derived microvesicles，MVs）是一类由细胞分泌的纳米级膜性小泡，可通过介导细胞间通讯参与多种病理生理过程。阐明细胞源性微粒介导细胞间通讯的精细步骤和调控机制对于深入理解和转化应用这一天然载体具有重要意义。本项目结合临床医学、纳米科学、细胞生物学、分子生物学以及生物信息学等多学科交叉手段，从组织、细胞、活体等多维度对微粒这一新型信息传递载体展开了深入研究。我们研究发现口腔鳞癌患者唾液和外周血中的细胞源性微粒浓度水平较健康人显著升高，并且与患者的临床分级和总体生存率密切相关。同时，我们还研究证实EGFR信号通路活化可通过促进细胞源性微粒介导的血管生成相关miRNA平行传递，参与调控肿瘤血管生成和恶性进展。同时，我们基于量子点开发并优化了一系列针对细胞源性微粒的高效、通用的标记策略，并搭建与之配套的示踪成像平台，利用可视化策略进一步阐释细胞源性微粒介导的细胞间信息传递作用：在体外单细胞水平实时原位示踪细胞源性微粒被受体细胞摄取、转运并释放关键miRNA的动态过程；利用近红外和磁共振双模态成像方式，在体内实时监测外周血来源细胞源性微粒在活体内的组织分布以及整合素介导的天然肿瘤靶向性和促血管生成作用；利用膜改造技术，将细胞源性微粒转化为可视化的多功能纳米载体，实现治疗性信息分子的靶向递送，在荷瘤小鼠模型上验证其具备较好的肿瘤靶向治疗效果。综上所述，本项目的研究结果揭示了细胞源性微粒选择性携带生物信息分子并通过传递关键miRNA调控肿瘤血管生成的作用和机制，并通过实时原位示踪细胞源性微粒被受体细胞摄取并转运的动态过程和活体内的分布代谢，从不同维度阐明了其参与调控肿瘤血管生成和恶性进展的时空规律，为肿瘤诊疗提供了靶点和思路。此外，本项目中所建立的针对细胞源性微粒的量子点标记以及动态示踪研究方法和技术平台具有较好的普适性，对于研究其他类型细胞外囊泡（如外泌体）也具有积极的指导和借鉴作用。