Angew|基于自组装糖肽偶联物的含碳水化合物佐剂的简便制备

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分享一篇发表在Angewandte Chemie International Edition上的文章,标题为“Facile Preparation of Carbohydrate-Containing Adjuvants Based on Self-Assembling Glycopeptide Conjugates”,通讯作者是北京大学药学院的董甦伟研究员。董甦伟研究员课题组长期从事于糖肽和糖蛋白合成策略的开发及应用研究。

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碳水化合物是一种有趣的生物分子,具有多种生物活性,包括免疫刺激能力。含有甘露寡糖的高甘露糖型N-聚糖在酵母和真菌上表达,可被C型凝集素受体(CLR)等多种宿主先天免疫受体识别。甘露寡糖与受体的多价结合介导病原体的内吞作用和免疫细胞的免疫因子产生。这些免疫刺激能力使得碳水化合物成为疫苗佐剂有吸引力的候选物。

在本篇文章中,作者鉴于高甘露型N-聚糖的重要免疫作用,开发出一个苯丙氨酸衍生的糖肽体系,通过优化后的肽结构能有效携带多种甘露寡糖,并自组装形成稳定的纳米带,这些糖肽偶联物(GPCs)在体外结合实验中对CLR蛋白表现出不同的亲和力并且一些甘露糖基化肽在体内显示出了强大的免疫刺激作用。

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图1. GPC模型的结构与自组装性能


首先,作者先前工作证实由三苯丙氨酸核心,一个甘露糖基化的C端和一个亲水性磷酸化丝氨酸组成的糖肽序列是实现自组装的关键因素,利用基于Fmoc的多肽固相合成(SPPS)技术合成了含有α-甘露糖(A1m)、α-1,2-甘露二糖(A2m)和α-1,2-α-1,2-甘露三糖(A3m)的糖肽序列。通过TEM意外发现甘露二糖和甘露三糖修饰的肽都没有形成均匀的球形结构,相反却出现纳米纤维或纳米带结构。

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表1. GPC序列的自组装能力的筛选与评价


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图2. 含有不同O-或N-聚糖的自组装糖肽偶联物的设计


鉴于纳米结构的形态会影响其性质,包括生物活性,作者进一步筛选优化糖肽序列以获得能产生稳定的纳米带,最终发现通过将丝氨酸末端羧基变为酰胺减少序列中的负电荷可促进了纳米带的稳定形成。并以此为模板合成了一系列GPCs,以研究寡糖中不同的糖苷键在以多价形式呈现时对其生物活性的影响。

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图3. GPCs衍生的纳米结构的表征


随后作者对合成的GPCs进行表征,通过TEM、CD光谱和zeta电位的测量,作者发现O-糖基化序列的GPCs倾向于形成纳米级的扭曲条带(F1m,F2m1-3,F3m1-5),并在不同的pH值和温度条件下基本保持不变,具有生物应用的潜力。而N-糖基化修饰导致了纳米原纤维(F1g和F2g)或松散纳米球的形成(F9x和F11x),表明糖基化位点上的结构差异可能会影响其形成的超分子结构。

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图4. GPC衍生的纳米带与具有代表性的高甘露糖结合蛋白的结合谱


接下来,作者评估了GPCs产生的甘露糖基化纳米带与五种可结合高甘露糖型N-聚糖的蛋白(DC-SIGN、Dectin-2、FIMH、Langerin和mannose receptor (MR))的结合能力。同时与微阵列芯片上的固定化聚糖相比,GPCs通过非共价相互作用自组装成纳米带,为与聚糖结合蛋白的相互作用提供了更灵活的聚糖链。

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图5. GPC佐剂增强了免疫细胞中抗原的内吞作用、加工和呈递


然后,作者基于体外结合实验的结果,选择了对CLR具有高结合亲和力的糖肽F2m1、F3m1、F3m2、F3m4和F3m5,来研究其纳米带形式的免疫刺激作用。以单核细胞系RAW 264.7为研究对象,评估了GPCs对卵清蛋白(OVA)抗原内吞作用的促进能力。通过共聚焦和流式细胞术证实GPCs可以显著提高了细胞对OVA的摄取效率和通过CLR抑制剂的使用揭示了GPC样品的促内吞作用可能是通过CLR对免疫细胞介导的,并进一步证实GPC样品对抗原加工和呈递的具有促进作用。

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图6. 基于GPC的疫苗接种对抗原特异性抗体产生和体液和细胞免疫应答的影响


最后,作者检测所筛选出优越的GPCs作为疫苗佐剂在小鼠中的疗效。通过将不同的GPCs与OVA抗原混合注射到小鼠体内,其中F3m2和F3m5的GPCs样本表现出最明显的免疫刺激作用,抗OVA IgG滴度比单独使用OVA组高约6倍,并显示出了额外增强IgG2a和IgG2b亚型产生的能力。并且在所有GPCs组别中,添加了F3m2或F3m5的组也表现出更高CD8+T细胞的刺激增殖能力。由于CD8+T细胞是抗癌免疫应答的有效效应物,因此GPCs在疫苗开发中作为佐剂具备巨大潜力。

综上所述,作者开发了一种基于糖肽偶联物的自组装系统,能够产生均匀稳定的纳米带结构。该系统通过直接应用于细胞分析和动物模型,为研究各种O型寡聚糖的构效关系提供了一个通用的平台。并且设计筛选的GPCs表现出具备作为疫苗佐剂的潜力,展示了它们在开发碳水化合物生物功能方面的多功能性。


文章作者:CW

原文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202309140

责任编辑:LD

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