近日，我校生物工程学院生物反应器工程全国重点实验室叶邦策教授、马培强副教授团队在DNA传感系统设计与肿瘤精准免疫治疗方面取得系列重要进展，相关成果连续三篇发表于《美国化学会会志》（J. Am. Chem. Soc.）。
实体瘤免疫治疗仍然面临多重棘手难题：传统T/NK细胞接合器易发生全身脱靶激活，带来严重系统毒性；肿瘤同时存在蛋白、糖基多重免疫检查点逃逸；主流靶向蛋白降解技术大多依赖胞内降解通路，很难作用于肿瘤细胞膜表面的免疫抑制蛋白，限制了治疗手段选择。
DNA折纸技术拥有纳米级空间可编程能力，可以精准控制功能分子的拷贝数、间距与排布，同时具备模块化组装、生物相容性良好等优势，是构建智能肿瘤纳米药物的理想载体。我校叶邦策团队围绕六螺旋束（6HB）DNA折纸骨架，开发了一整套pH响应双层屏蔽架构，先后发展出T细胞集群接合器、NK细胞多重检查点纳米接合器、胞外可编程蛋白酶降解器件三套功能体系，分别从免疫细胞重定向激活、多重免疫抑制通路解除、胞外膜靶蛋白原位降解三个维度，拓展DNA纳米技术在肿瘤免疫治疗的应用边界（图1）。
图1.DNA传感系统应用于肿瘤精准免疫治疗
SpTCE：空间可控T细胞集群接合器，降低脱靶毒性
双特异性T细胞接合器（BiTE）在血液肿瘤疗效突出，但用于实体瘤时，容易发生肿瘤外T细胞非特异性激活，诱发细胞因子风暴。团队构建SpTCE（Spatially controllable T cell cluster engager）双层DNA折纸平台。内层排布多价靶向抗体与协同配对链，诱导T细胞受体高效聚集，促进免疫突触成熟；外层利用i motif pH开关偶联白蛋白结合结构域，生理中性环境下形成白蛋白保护外壳，屏蔽内部活性，同时提升DNA折纸在生理环境中的稳定性；只有进入酸性肿瘤微环境，外壳解离，才释放功能单元，特异性重定向T细胞杀伤肿瘤细胞。体内结果显示，对比临床阶段双特异性T细胞接合器，SpTCE实现更强的肿瘤富集，有效抑制实体瘤生长，同时显著降低肿瘤外脱靶毒性，实现疗效与安全性的平衡。该工作证明，借助DNA折纸对受体聚集的空间调控，结合肿瘤微环境响应屏蔽策略，可以有效改善T细胞接合器的治疗窗口。
肿瘤可激活NK细胞纳米接合器，同时对抗蛋白/糖双重免疫逃逸
不同于SpTCE靶向适应性T细胞，该工作面向固有免疫NK细胞，拓展免疫接合器的作用靶点。在同一套双层DNA折纸框架基础上，内层同时锚定抗NKp46抗体、抗PD-L1抗体、唾液酸酶。一方面通过精确调控抗体间距诱导NKp46受体聚集活化NK细胞，阻断PD-L1蛋白检查点；另一方面借助唾液酸酶切除肿瘤细胞表面唾液酸，解除Siglec糖免疫检查点介导的抑制，一次性克服两类完全不同的免疫逃逸通路。白蛋白外壳在循环过程中屏蔽酶与抗体活性，既避免外周NK细胞异常激活，又缓解细菌来源唾液酸酶带来的免疫原性风险。动物实验证实，纳米接合器可在肿瘤部位长时间滞留，促进NK深度浸润肿瘤，抑制肿瘤生长、延长生存期；并且实现肿瘤局部高细胞因子、全身低炎症水平，显著改善治疗安全性。该体系具备良好可拓展性，替换内层靶向模块即可快速改造为T细胞接合器。
DOPD：可编程 DNA 折纸蛋白酶器件，实现胞外直接蛋白降解
现有靶向蛋白降解技术（PROTAC等）高度依赖细胞内泛素-蛋白酶体系统，很难直接清除细胞膜表面致病蛋白。团队进一步跳出“免疫细胞接合”思路，开发DOPD（DNA Origami based Protease Device）DNA折纸蛋白酶器件，实现不依赖胞内通路的胞外原位蛋白降解。
DOPD同样采用双层响应架构：内层为催化功能层，固定蛋白酶与靶标捕获链；外层为PLGA修饰的pH响应屏蔽外壳。正常生理条件下外壳封闭，抑制蛋白酶非特异性水解；到达酸性肿瘤微环境，外壳脱落，识别模块锚定肿瘤细胞，借助空间邻近效应，直接降解肿瘤细胞膜表面靶蛋白。体外与体内实验证实，该器件可以高效降解肿瘤细胞膜表面PD-L1、核仁素Nucleolin，直接杀伤肿瘤细胞、解除免疫抑制。在异种移植瘤模型验证抗肿瘤效果，为胞外膜蛋白靶向降解提供全新工具。
三篇工作共用“DNA折纸骨架+pH响应可剥离外层屏蔽”的通用设计范式，分别实现T细胞重定向激活、NK细胞多重通路免疫激活、胞外靶蛋白原位降解，形成一套模块化DNA纳米工具箱。整套平台的核心设计思想是：正常体内循环保持休眠，仅在酸性肿瘤微环境“开机工作”，从源头降低脱靶副作用。
系列工作充分发挥DNA折纸独一无二的空间可编程优势，不局限简单递送药物，而是在纳米尺度直接操控分子间距、多分子协同、酶活时序开关。后续随着DNA蛋白偶联工艺迭代、低成本规模化制备技术突破，这套智能DNA纳米平台有望为实体瘤免疫治疗提供新的候选策略。
该系列工作主要由生物工程学院博士生李华栋、史文佳、成慧娟，硕士生刘越完成，生物工程学院叶邦策教授、尹斌成教授和马培强副教授为通讯作者。该研究工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金等项目资助。
论文链接：
1. A Spatially Controllable DNA Origami-Based T-Cell Cluster Engager for Precise Tumor Elimination, https://doi.org/10.1021/jacs.5c19678
2. A Tumor-Activatable DNA Nanoengager That Orchestrates NK Receptor Clustering and Immune Checkpoint Blockage to Enhance Antitumor Cytotoxicity，https://doi.org/10.1021/jacs.6c15706
3. Programmable DNA Origami-Based Protease Device for Precise and Direct Proteins Degradation,https://doi.org/10.1021/jacs.6c02863