近日，国际著名学术期刊《自然-材料》 (Nature Materials)在线发表了中国科学技术大学生命科学学院温龙平教授研究组题为Tuning the autophagy-inducing activity of lanthanide-based nanocrystals through specific surface-coating peptides 的研究论文。在这篇论文中，研究人员采用一系列特异性表面结合肽，人为调控稀土纳米材料的细胞自噬行为，从而大大降低纳米材料的毒副作用，并提高对肿瘤靶细胞的杀伤效应。这一成果为纳米材料在体内的诊疗应用提供了新方法新思路。
细胞自噬是细胞利用溶酶体降解受损的细胞器、大分子物质和长寿命蛋白质以维护细胞自稳态（Homeostasis）的关键细胞生物学过程，与多种重大疾病的发生、发展及治疗息息相关。细胞自噬的研究已成为继细胞凋亡之后又一迅猛发展的生物学研究领域。近年来的研究表明，许多纳米颗粒可引发细胞自噬并促进细胞死亡。纳米颗粒引发的细胞自噬是一把双刃剑，一方面，自发或以诊疗目的进入人体内的纳米颗粒在正常细胞中引起的自噬会引起毒性，需要加以规避；另一方面，在特定细胞中引起的自噬可用于帮助疾病治疗，如癌症的化放疗增敏和免疫治疗以及神经退行性疾病的治疗。有效地人为调控纳米颗粒引发的自噬效应，对纳米材料及纳米器件的体内应用将起到巨大的促进作用。
温龙平教授的研究小组利用噬菌体展示技术，发现了一种能够与稀土氧化物纳米材料和稀土上转换发光纳米材料特异性结合并在其表面形成一稳定涂层的短肽RE-1。该短肽大大提高了纳米颗粒在水中的悬浮能力，并通过抑制纳米颗粒与细胞的相互作用降低细胞自噬水平，从而屏蔽纳米材料由于细胞自噬而产生的细胞毒性和组织损伤，提高纳米材料的生物安全性。另一方面，靶向修饰后的短肽，即RE-1与RGD序列组成的复合短肽，则能够通过与细胞外的整合素（Integrins）相互作用而提高稀土纳米材料在整合素高表达癌细胞中的自噬及杀伤效应，显示通过特异性表面涂层肽结合靶向的策略有望同时实现在正常细胞中屏蔽自噬和在癌细胞中提高自噬以增进化疗的目标。
该论文的第一作者为温龙平实验室的博士生张云娇。新加坡国立大学、浙江师范大学、四川大学的科研人员参与了该论文的部分实验工作。该项研究受到国家自然科学基金委、科技部、中科院以及教育部的资助。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1038/nmat3363
PMC:
PMID:
Tuning the autophagy-inducing activity of lanthanide-based nanocrystals through specific surface-coating peptides
Zhang Y, Zheng F, Yang T, Zhou W, Liu Y, Man N, Zhang L, Jin N, Dou Q, Zhang Y, Li Z, Wen LP.
The induction of autophagy on exposure of cells to a variety of nanoparticles represents both a safety concern and an application niche for engineered nanomaterials. Here, we show that a short synthetic peptide, RE-1, identified by means of phage display, binds to lanthanide (LN) oxide and upconversion nanocrystals (UCN), forms a stable coating layer on the nanoparticles' surface, and effectively abrogates their autophagy-inducing activity. Furthermore, RE-1 peptide variants exhibit a differentially reduced binding capability, and correspondingly, a varied ability to reduce the autophagic response. We also show that the addition of an arginine-glycine-aspartic acid (RGD) motif to RE-1 enhances autophagy for LN UCN through the interaction with integrins. RE-1 and its variants provide a versatile tool for tuning material-cell interactions to achieve the desired level of autophagy, and may prove useful for the various diagnostic and therapeutic applications of LN-based nanomaterials and nanodevices.
