核酸感应受体（NA-sensing receptors）是一类重要的先天免疫受体，其对于维持细胞和机体的稳态尤为重要。针对核酸感应受体的配体（ligands）开发，可以实现先天免疫系统的可控激活，在抗病毒和抗肿瘤领域有着重要应用。然而，复杂的核酸感应调控机制，对核酸类配体的靶向递送、原位有效浓度和可控的免疫原性提出了很高要求。首先，核酸感应受体的区室化分布，要求核酸配体实现细胞器水平的精准递送。例如Toll样受体（TLRs）大多分布在细胞膜或者内体（溶酶体）中，而cGAS-STING、RIG-I等通路需要配体在细胞内进行激活。其次，核酸类配体可能被核酸酶或者特定细胞器加工降解，这直接影响到配体的局部有效浓度和可利用性，从而影响到受体的识别和激活。最后，核酸识别受体在不同免疫细胞的表达差异和下游信号串扰，也对核酸配体的可控免疫原性和安全性，提出了更高的要求。 

       大于40 bp的双链RNA是TLR3的配体，可以实现TLR3的二聚化。使用长双链RNA或者其类似物，如聚肌苷酸胞苷酸（polyIC），可以实现TLR3通路的激活。然而，这些RNA配体容易被血液和组织中的RNA酶解，影响了它们的生物医学应用。同时，polyIC的分子量分布宽，呈现出不均一的物化性质，同时会串扰其他免疫通路，带来了安全风险，限制了其临床收益。因此，亟需一种TLR3新型的免疫激活剂（佐剂）的额策略，以实现高效、安全、可控地TLR3激活。

图1 单链RNA折纸的合成与表征

       针对以上问题，上海交通大学变革性分子前沿科学中心姚广保副教授、樊春海院士，联合上海交通大学医学院附属仁济医院刘颖斌课题组、亚利桑那州立大学颜颢课题组提出了一种基于单链RNA折纸的新型TLR3免疫佐剂的设计策略。单链RNA折纸可以调控形状和尺寸，具有良好的生物稳定性、细胞器靶向性和可控的免疫原性，实现了TLR3的可预测地激活。这一策略为后续靶向核酸受体的配体设计提供了参考。

图2 单链RNA折纸展现良好的生物稳定性和内体溶酶体滞留能力

       研究人员设计了不同形状和不同边长的单链RNA折纸。单链RNA折纸内部的P型交叉（paranemic-crossover）结构，大大提升了其抗RNA酶降解的能力，并提升了RNA折纸在内体溶酶体中的滞留时间，这也为后续TLR3的持续激活提供了基础。

图3 调控单链RNA折纸边长实现可控的先天免疫激活

       随后，研究人员发现，调控单链RNA折纸的边长，可以控制RNA折纸与TLR3的相互作用，进一步地会影响到巨噬细胞的激活状态。边长为77 bp的单链RNA折纸，与TLR3的相互作用较弱，其巨噬细胞的激活能力不高。而长边长（143 bp 和 209 bp）的单链RNA折纸，可以与TLR3形成更大的聚集体，同时也可以更有效地激活巨噬细胞。巨噬细胞的激活程度，与单链RNA折纸的边长呈现正相关。

图4 单链RNA折纸联合PD-L1抗体实现肿瘤免疫治疗

       在分子和细胞实验的基础上，研究人员选取长边长的单链RNA作为新型佐剂，进一步在小鼠活体上，验证单链RNA折纸作为新型免疫佐剂的潜力。研究人员通过瘤内注射的方式，将209 bp的长方形单链RNA折纸注射到荷瘤小鼠体内，并使用单细胞测序（scRNA-seq）技术，分析比较实体瘤内免疫微环境中，先天免疫细胞的变化。研究人员发现，注射过单链RNA折纸的小鼠肿瘤中，相较空白组和polyIC实验组，有着更多激活的巨噬细胞和中心粒细胞，这些细胞展现出抗肿瘤的功能。最后，作者将单链RNA折纸联合PD-L1抗体，在小鼠胰腺癌皮下瘤模型上进行验证，发现单链RNA折纸可以联合PD-L1抗体，有效地实现肿瘤生长抑制。

       相关研究成果以“Edge Length-Programmed Single-Stranded RNA Origami for Predictive Innate Immune Activation and Therapy”为题发表在Journal of the American Chemical Society （美国化学会会刊）上，第一作者为上海交通大学化学化工学院、变革性分子前沿科学中心博士生戴琨。第一通讯单位为上海交通大学化学化工学院、变革性分子前沿科学中心。

文章信息: 

Kun Dai, Yang Xu, Yang Yang, Jianfeng Shen, Xiaoguo Liu, Xinyi Tu, Lu Yu, Xiaodong Qi, Jiang Li, Lihua Wang, Xiaolei Zuo, Yingbin Liu*, Hao Yan*, Chunhai Fan*, Guangbao Yao*, Edge Length-Programmed Single-Stranded RNA Origami for Predictive Innate Immune Activation and Therapy. J. Am. Chem. Soc. 2023, . 

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c03477