癌细胞的主要特征之一在于细胞周期的异常过度激活，而 microRNA 的全局剂量降低被认为是癌症的诱因。RNA 依赖性 RNA 聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RDR）在植物中对小 RNA 介导的免疫反应至关重要。
近日，北京大学生命科学学院杜鹏团队在Cell上发表论文，题为《一种植物免疫蛋白通过挽救 microRNA 的缺陷实现广泛的抗肿瘤反应》（A plant immune protein enables broad antitumor response by rescuing microRNA deficiency）[1]。
杜鹏
为通讯作者，北京大学前沿交叉学科研究院 2018 级博士生齐烨和北京大学生命科学学院 2020 级博士生丁力为共同第一作者。
审稿人这样评价：“该研究第一次发现了外源性的植物蛋白可以实现对于哺乳动物细胞小 RNA 的操控，从而达到抗肿瘤的效果。”
（来源：Cell）
这项研究源于杜鹏在博士期间与植物抗病毒相关的一部分工作。当时，他和团队关注了一种可抵抗病毒感染的植物特异蛋白，叫做“RNA 依赖性聚合酶（RDR1）”。
“这一蛋白是植物体内非常关键的一个分子免疫蛋白，然而，哺乳动物和脊椎动物体内并不存在该蛋白。我们希望能够借鉴生物工程学的手段，将一些植物中特异的免疫原件在哺乳动物细胞中进行基因工程改造，从而探索其在转化医学方面的一些应用。”杜鹏表示。
▲图丨杜鹏（来源：杜鹏）
最初，他们在动物细胞重组 RDR1 的时候，并没有特别聚焦在抗肿瘤方面的功能，而现在的实验结果也是一个意外发现。
RDR1 在抗肿瘤方面不仅具有广谱性，同时，对健康组织的毒性也较低。植物的免疫蛋白在动物细胞中表达之后，具有抑制肿瘤细胞增殖的效果，启动的方式主要是通过激活肿瘤细胞中被广泛抑制的小分子 miRNA 的表达。
这一研究表明，植物 RDR1 蛋白的异位表达可以抑制癌细胞的增殖，并具有广谱性和特异性。
该研究也详细地揭示了相关机理：在许多原发性肿瘤中，一个重要的特征是异常 microRNA 异构体的积累。
有趣的是，RDR1 蛋白具有核苷酸转移酶活性，可以识别有问题的 microRNA 双链，并通过单核苷酸修饰，以恢复其正常的悬垂结构，从而提升全局 microRNA 的表达，达到特异性地抑制癌症细胞周期的效果。
RDR1 的抗肿瘤效果还可以通过 AAV 的瘤内递送初步实现，为未来的临床转化奠定了一定的基础。简单来说，RDR1 蛋白可以特异性地去识别肿瘤细胞中有问题的或者游离的小分子 RNA，然后对它们进行改造和修饰，从而恢复这些 RNA 的功能以实现抗肿瘤活性。据介绍，植物 RDR1 蛋白介导的抗肿瘤策略将有望成为新的癌症治疗方法。
（来源：Cell）
实际上，该团队走了些弯路，最后才聚焦在抗肿瘤的研究。课题组的研究方向主要是植物基因工程，或跨物种的工程学手段在转化医疗领域的应用。实验室成立之初，因实验条件有限，在实验中碰到了一些难题。
杜鹏
说：“我们最初没有意识到 RDR1 蛋白对肿瘤细胞抑制作用很强，因此筛选条件很严格，在 RDR1 蛋白长时间表达使用后，所获得的细胞已经看不到明显的表型。”
在意识到这一问题后，通过降低筛选条件，RDR1 的抗肿瘤效果才体现出来。另外，在实验初期，他们将 RDR1 蛋白的研究方向集中在抗病毒方向。然而，在肿瘤细胞中表达 RDR1 时并没有看到明显的抗病毒效果。因此，研究人员走了很多弯路，最后才着眼于研究 RDR1 抗肿瘤的功能。
基于现在的实验结果，植物 RDR1 蛋白的抗肿瘤效果具有广谱性以及低毒性。这意味着该蛋白很可能在未来被开发成抗肿瘤药物，且对不同肿瘤均有效果。“现阶段，团队通过载体递送，例如纳米囊泡等手段，将 RDR1 蛋白往成药方面推进。”杜鹏说。
（来源：Cell）
谈到如何实现这一点，杜鹏分享道：“首先，在抗癌方面，如何实现蛋白的体内递送，实际上是所有蛋白药物的一个共同难点。其次，作为一个外源蛋白，RDR1 蛋白是否会在体内引起免疫原性，或者带来额外的毒性，也需要进一步探索。如果这一问题存在，可能考虑对这一蛋白进行改造。
此外，目前的实验对免疫方面涉及得较少，对于在免疫互作以及免疫激活之后，如何能进一步促进它的抗肿瘤功能，也将进行进一步的探索和尝试。当然，团队也会继续关注和研究 RDR1 蛋白的抗病毒性能。”
对于跨物种的基因工程，研究人员可能认识得相对比较少，实际上，在基因编辑蛋白酶 CRISPR 发现后，研究者才逐渐看到这一研究方向。杜鹏认为，跨物种的基因工程改造，可能是生物学未来的一个重要发展方向，或者潜在的技术突破点。
参考资料：
1.Qi, Y., Ding, L., Zhang, S., Yao, S., Ong, J., Li, Y., Wu, H., and Du, P. (2022). A plant immune protein enables broad antitumor response by rescuing microRNA deficiency.Cell185, 1888-1904 e1824. https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.030.
