文章导读
外源性DNA液滴进了细胞就被溶酶体困住，这是合成凝聚体领域最头疼的“死胡同”——90%的努力都毁在这个转运劫持上。西安交大团队的最新研究却揭示了一个反直觉的转折：问题的关键根本不是设计更复杂的进入路线，而是藏在DNA框架的“价态”里。一个看似极简的结构变化（从单价到三价），就能决定凝聚体是被分解、被截留、还是实现高效的溶酶体逃逸并稳定驻留胞质。如果你是做精准递送或细胞治疗的，这个发现可能直接帮你的分子药物绕过那个最坑的降解关卡——代价只是调整几个连接点的数量。
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液-液相分离是细胞形成无膜细胞器的重要机制，应激颗粒、核仁等生物分子凝聚体能够在无膜包裹条件下富集特定分子并调控细胞功能。人工构建合成凝聚体为细胞工程和精准递送提供了新思路，其中，合成DNA凝聚体因序列可编程、结构可设计和易功能化等特点受到广泛关注。然而，外源性DNA液滴的细胞摄取效率较低，限制了其在胞内的有效积累；进入细胞后的组装体极易被内吞-溶酶体途径截留，导致其亚细胞命运受制于内源性的转运与降解机制。因此，如何在活细胞内实现DNA凝聚体的可控组装和空间调控仍是该领域面临的重要挑战。
针对上述问题，西安交通大学生命科学与技术学院赵永席教授、刘必武教授团队提出可相变DNA框架策略，以DNA四面体（TDN）作为纳米载体，在其中嵌入酶响应性切割结构域并掩蔽了黏性末端。进入细胞后，TDN从三维刚性结构向二维三角形单元的构象转变，导致黏性末端暴露并驱动相分离。作者结合粗粒化模拟、共聚焦成像、荧光漂白恢复等方法证明，结合价态决定凝聚体的组装阶数和胞内命运：单价结构呈游离态并被快速清除；二价结构形成低阶组装体并被截留于溶酶体中；而三价结构则形成高阶液态凝聚体，能够实现高效的溶酶体逃逸并在胞质中长期驻留。
图1 可相变DNA框架的设计与机制示意图
该研究进一步展示了可相变DNA框架在生物医学领域的两类典型应用。首先，利用截留于溶酶体的二价DNA凝聚体，研究团队通过修饰胆固醇锚点与PD-L1适配体，构建了非受体依赖型靶向蛋白降解平台（meTPD）。该体系能够绕过经典的溶酶体转运受体（如CI-M6PR），通过将膜蛋白PD-L1定向拦截于溶酶体并阻止其循环再生，在24小时内实现细胞表面PD-L1水平下调80%以上。其次，利用具备高效逃逸能力的三价DNA凝聚体，该团队成功构筑了胞质药物储库。阿霉素（Dox）通过双链嵌插方式高度富集于凝聚态基质中，得益于凝聚态结构的物理屏障作用，其抗酶降解能力显著提升，实现了药物的持续缓释，从而有效增强了对肿瘤细胞的杀伤能力。该研究为在活细胞内原位构筑具有可编程相行为与精准亚细胞命运的合成无膜细胞器提供了新策略。
该研究成果以《可相变DNA框架用于构建价态调控亚细胞分选的合成凝聚体》（Phase-Transformable DNA Frameworks for Synthetic Condensates with Valency-Controlled Subcellular Sorting）为题发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上，西安交通大学生命学院为第一通讯单位，前沿科学技术学院为共同通讯单位，赵永席教授和刘必武教授为共同通讯作者，生命学院博士生于昊祯为第一作者。该工作受到了国家自然科学基金和西安交通大学青年拔尖人才支持计划的支持，也得到了西安交通大学分析测试共享中心的大力支持。
文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c04988
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