多种化学生物学过程协同改造病毒对肿瘤细胞的靶向性

The oncolytic viruses are hopefully used for tumor therapy due to their prominent antitumor efficiency and infrequent side-effects. But one of the preconditions for oncolytic virotherapy is to ensure the specific targeting of virus for tumor cells and to preserve perfect infectivity. One promising strategy for this purpose is to display ligands for cancer-associated cell surface receptors by mild, reliable and highly efficient methods. In this project, by combining the advantages of chemosynthesis methods and natural biological processes together a tumor cell-targeting virus will be constructed. The innate biosynthesis and metabolic incorporation of the choline lipids in cells will be exploited to produce the azide-functionalized membranes of cells using chemosynthesized azide-derived cholines with different structures and characteristics as substrates. Subsequently, the azide will be introduced into the envelope of vaccinia virus when it is replicated in its host cells with the azide-functionalized membranes since its envelope results from the membranes of its host cells. Then, the resulting virus will be conjugated with the dibenzocyclooctynes-derived folic acid or antibody to construct the oncolytic vaccinia virus with both high capability for targeting tumor cells and strong infectivity. We will explore the regularity about how to couple multiple complex chemical and biological processes, e.g. intrinsic biosynthesis, metabolic incorporation, replication and functionalization of the virus and so on. Hopefully, universal methods for naturally remodeling viruses with high efficiency will be established by chemical biology, which is difficult just by chemical or biological methods only.

病毒的寄生复制特性可以被巧妙地应用于肿瘤治疗，这为攻克癌症带来了新的希望，但其先决条件之一是要使病毒具有对肿瘤细胞的特异靶向性，并确保理想的感染活性。通过温和、可靠、高效的方法在病毒表面构建靶向配体，是达到这一目标的有效策略。本项目拟将化学合成和衍生方法的优势与自然的生物过程有机结合起来，构建肿瘤细胞靶向的病毒。利用细胞内胆碱磷脂的生物合成和代谢嵌入，以及病毒在复制时从宿主细胞获取包膜的机制，将化学合成的不同结构和性质的叠氮胆碱引入痘苗病毒包膜，继而通过无铜催化点击化学反应与二苯并环辛炔基衍生的叶酸或抗体偶联，构建具有高度肿瘤靶向性的痘苗病毒，同时确保较强的感染复制活性，并探索促使细胞内生物合成、代谢嵌入、病毒复制、靶向功能化等多种复杂化学生物学过程协同进行的规律，充分发挥化学生物学方法的优势，建立自然地加工和改造病毒的普适性方法，实现单纯通过化学或生物学方法难以达到的对病毒的高效改造。

项目拟将化学合成和衍生方法的优势与自然的生物过程有机结合起来，构建肿瘤细胞靶向的溶瘤病毒，以此为目标，围绕病毒衍生和肿瘤靶向开展了一系列研究。.利用细胞和病毒自身的结构和生命活动特征，建立了普适性的细胞膜和包膜病毒叠氮基衍生方法，且细胞和病毒的活性几乎不受影响。在此基础上，对功能化肽段进行二苯并环辛炔基衍生，进而通过无铜催化点击化学反应构建了兼具肿瘤靶向和“隐身”功能的溶瘤病毒，增强了病毒在肿瘤部位的聚集，延长其在体内的循环时间，从而有效抑制肿瘤生长。.建立了基于生物大分子生物合成的活病毒双标记新方法，效率达到85%以上，且病毒活性得到了很好的保持，可进行病毒侵染的动态示踪。结合生物化学和细胞生物学研究，发现痘病毒天坛株通过大胞饮的方式进入Vero细胞，此过程不依赖于网格蛋白和小窝蛋白，而依赖于ATP和细胞骨架等因素。.将上述普适性的细胞膜叠氮基衍生技术应用于白细胞，在Fe3O4 纳米团簇合成新方法研究的基础上，构建了兼具生物膜和超顺磁性纳米颗粒特性的仿生磁小体平台系统，并应用于不同的生物医学领域。例如，通过结合siRNA和RGD构建的靶向性siRNA载体系统可有效地将siRNA递送到细胞质，表现出理想的肿瘤治疗效果。通过连接循环肿瘤细胞（CTC）特异性配体构建的CTC富集分离系统，在高效富集CTC的同时消除了白细胞的非特异性吸附。通过连接两种刺激信号（MHC-Ⅰ和anti-CD28），构建了集扩增与活化、靶向递送、示踪三重功能于一体的多功能人工抗原提呈细胞（aAPC），具有理想的肿瘤治疗效果。.发表SCI收录论文8篇，申请国家发明专利1项；申请人获得国家自然科学优秀青年基金，2017年获省部级自然科学一等奖1项（排名第二）；培养毕业博士生1名、硕士生6名、在读博士生1名、在读硕士生2名；参加学术交流会议14次，作特邀报告8个。完成了项目任务目标。