新型生物纳米结构在dysferlin肌病靶向治疗中的研究

Dysferlinopathy, caused by the absence of dysferlin protein, presents as progressive muscle degeneration and severely affects the quality of life. Currently there is no treatment available in the clinic. Previously our group demonstrated that exosome, a biological nanoparticle secreted by most cells, could deliver externally-loaded siRNAs and hepatocellular carcinoma antigens into targeted tissues, thus providing evidence for the first time that exosomes can be an effective delivery vehicle for exogenous drugs. Meanwhile, our preliminary data showed that exosomes derived from myotubes contained abundant, endogenous dysferlin protein and could effectively transfer dysferlin protein to dysferlin-deficient muscle cells when co-incubated with muscle cells. Importantly, the transfer of dysferlin protein restored the function of targeted cells, suggesting exosomes are likely a viable delivery vehicle for dysferlin protein. Based on these results, in this proposal, we plan to investigate the feasibility and therapeutic potential of exosomes as a delivery vehicle for dysferlin protein in the dysferlinopathy model systematically. We aim to provide a new therapeutic modality and avenue for dysferlinopathy via detailed studies on dysferlin-loaded exosomes in vitro and in vivo, particularly in dysferlinopathy patients’ cells. Moreover, elucidation of the underlying mechanisms will facilitate the understanding and further improvement on exosome-based targeted therapy.

Dysferlin肌病是由dysferlin蛋白缺失导致的进行性肌萎缩，严重影响人们的生命和健康。目前临床上未有任何有效的治疗方法。本课题组前期工作中，成功地利用细胞分泌的一种纳米级囊泡结构-exosome，来运输外源寡核苷酸和肝癌抗原分子，并首次证明exosome可作为外源药物运输载体。同时，我们前期研究结果发现：肌肉细胞来源的exosome可负载高丰度、内源性dysferlin蛋白，并将其高效地传递给dysferlin缺失的靶细胞，介导靶细胞膜修复功能恢复。在此基础上，本项目拟测试负载dysferlin蛋白exosome作为功能蛋白运输载体，在dysferlin肌病治疗上的可行性和应用潜力。通过对负载dysferlin蛋白exosome的体外、体内和在dysferlin肌病病人细胞上的详细、系统的功能测试及对其作用机理的阐释，以期为dysferlin肌病靶向治疗提供一种新模式和新思路。

Dysferlin肌病是由dysferlin蛋白缺失导致的进行性肌萎缩，严重影响人们的生命和健康。目前临床上未有任何有效的治疗方法。在本项目中，成功地利用肌肉细胞分泌的生物纳米囊泡结构-exosome，来运输缺失dysferlin膜蛋白，在dysferlin缺失的小鼠肌细胞和人肌细胞上，介导dysferlin蛋白的高效传递，并修复肌肉细胞膜和抑制钙离子流及共定位在肌肉细胞膜上，说明负载dysferlin蛋白外泌体可以作为dysferlin肌病的有效载体，为dysferlin肌病治疗提供新途径。另外，通过检测dysferlin肌病病人来源的血清和尿液中外泌体上dysferlin蛋白表达情况，可以判断临床病人的疾病发生情况，为dysferlin肌病临床提供一种无创诊断新方法。同时，通过检测其他不同肌病病人血清来源外泌体中不同功能蛋白的表达情况，可以为其他肌病的临床诊断提供了依据。在此基础上，通过检测负载dysferlin蛋白外泌体在另外一种肌肉萎缩症-杜兴肌肉萎缩症小鼠上的作用效果，结果发现：负载dysferlin蛋白外泌体能有效改善杜兴肌肉萎缩症小鼠肌肉功能、抓力和肌肉膜完整性及减轻炎症和纤维化；进一步的机制研究揭示，负载dysferlin外泌体通过稳定肌肉膜结构，进而抑制钙离子内流和钙离子介导的蛋白酶降解作用，从而稳定dystrophin相关蛋白及在膜上的定位，达到改善肌肉病理和功能的作用。