基于多胍小分子-蛋白偶联体的穿膜运输技术及多蛋白协同作用机制研究

New trends in cancer treatments are towards combination therapies using multiple anti-cancer drugs, due to an increasing understanding of synergistic effects. However, synergistic studies about protein drugs that function within cells are rare. The main difficulty lies in the lack of modalities to deliver proteins into cytoplasm with satisfied efficiency, serum stability, cytotoxicity and simple synthesis. To achieve these objectives, we propose to develop a method to simultaneously transduce multiple proteins into cytoplasm based on small chemical modification. Specifically, we plan to generate a compound library from our previously reported dendritic small molecule TG6, to illuminate the interrelation between the carrier molecule, the cargo protein, and the transduction efficiency, to design carrier molecules for each specific protein, to deliver different proteins into cytoplasm concurrently, and to study the synergistic effect of multiple protein drugs that function within cells. Our project will provide a platform for screening combination protein drugs that function in cytoplasm, and benefits oncology research.

作用位点在细胞内的蛋白质药物已成为生物制药的热点，研究这类蛋白的协同作用在医学和生物技术领域都具有重要意义。但现有的纳米载体和多肽类载体在运输效率、血清稳定性、细胞毒性以及合成方法等方面存在局限性，难以将多种蛋白质同步运输进入细胞质并发挥作用。为解决这一难题，本项目拟发展基于多胍小分子-蛋白偶联体的穿膜运输技术并用于研究多蛋白联合用药的协同作用。此前申请人模拟穿膜多肽的结构特征，将四个胍基通过柔性臂连接到疏水刚性核上，所得四胍小分子可以高效的帮助蛋白穿膜到达细胞质。在此基础上，申请人拟设计合成一系列含多个胍基的非肽类小分子载体，以研究载体结构以及蛋白性质与载体-蛋白偶联体穿膜效率之间的关系；针对不同蛋白选取合适的多胍载体制备多胍-蛋白偶联体，使多种蛋白能以相近的运输效率同步到达细胞质，从而研究多蛋白协同作用的机制。项目目标是建立多蛋白组合药物的筛选平台，为蛋白质药物的研发提供新思路。

针对细胞内靶点的蛋白质药物已成为生物制药的研究热点，研究这类药物的联合用药在医学和生物技术领域都具有重要意义。但现有的纳米载体和多肽载体在运输效率、血清稳定性、细胞毒性以及合成方法等方面有较多的局限性，难以将多种蛋白质同步运输进入细胞质并发挥作用，难以有效的研究多蛋白联合用药的协同效应。为解决这一难题，本项目设计合成了具有结构多样性的多胍小分子载体库，并选取了10种有代表性的蛋白质作为模型货物分子，通过大量的实验数据的测量和分析建立了货物蛋白质性质、多胍载体结构与多胍-蛋白质偶联体穿膜运输效率之间的关系模型。在此基础上，实现了三种抗肿瘤蛋白质的共同转导，可以高效地研究多蛋白联合用药的协同效应。本项目初步建立了作用位点在细胞内的抗肿瘤蛋白质的组合筛选技术，为用于肿瘤治疗的蛋白质药物的研发提供了新思路。此外，我们还发现胍基化修饰的细胞色素C可以在极低浓度（< 5 nM）下高效快速的进入肿瘤细胞并诱导细胞凋亡，这一发现预示着肿瘤细胞表面可能存在对胍基化蛋白的特异性的运输通道或者运输机制，有待进一步研究。