リソソーム酵素置換のためのフィブリノーゲン由来ペプチドでコーティングしたポリマーナノキャリアのICAM-1標的化、細胞内輸送、機能活性の研究

ICAM-1 targeting, intracellular trafficking, and functional activity of polymer nanocarriers coated with a fibrinogen-derived peptide for lysosomal enzyme replacement.

• Carmen Garnacho
• Silvia Muro

抄録

酵素置換は、リソソーム酵素の遺伝的欠損によって引き起こされる疾患に対する実行可能な治療法である。しかし、酵素の標的部位へのアクセスが最適ではないため、この戦略は制限されている。疾患状態下でほとんどの細胞で過剰発現している細胞間接着分子1（ICAM-1）に対する抗体でコーティングされたポリマーナノキャリア（NC）は、これらの治療薬の生物学的分布とリソソーム送達を強化した。この経路を介した細胞内取り込みは、標的とされる受容体エピトープに敏感であるため、より生体適合性の高いICAM-1標的部位を用いてこれを達成できるかどうかは不明である。我々は、フィブリノーゲン配列に由来するICAM-1標的ペプチドでコーティングされたポリマーNCを使用してこれを検討した。スクランブル配列ペプチドおよび抗ICAMを対照として使用した。NCには、B型ニーマンピック病の治療に用いられる酸性スフィンゴミエリン酵素（ASM）を担持し、蛍光顕微鏡を用いて細胞の性能を調べた。ペプチドコート/酵素NCはICAM-1を効率的に標的化し(非特異的NCと比較して22倍; B∼180NCs/cell; t∼28min)、ヒトおよびマウス細胞を認識し(抗体/酵素NCと比較して1.2∼0.7倍の結合)、効率的にエンドサイト化され(1h chaseで71%)、リソソソームに輸送された(内在化されたNCの30∼45%; 2h chase)。これにより、スフィンゴミエリンとコレステロールのリソソソームレベルは、抗体酵素NCと同様に、5時間の追跡で回復した（疾患レベルよりも約95％減少）。このフィブリノーゲン由来のICAM-1標的化ペプチドは、リソソソーム酵素置換療法の可能性を秘めています。

Enzyme replacement is a viable treatment for diseases caused by genetic deficiency of lysosomal enzymes. However, suboptimal access of enzymes to target sites limits this strategy. Polymer nanocarriers (NCs) coated with antibody against intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1), a protein overexpressed on most cells under disease states, enhanced biodistribution and lysosomal delivery of these therapeutics. Whether this can be achieved using more biocompatible ICAM-1-targeting moieties is unknown, since intracellular uptake via this route is sensitive to the receptor epitope being targeted. We examined this using polymer NCs coated with an ICAM-1-targeting peptide derived from the fibrinogen sequence. Scrambled-sequence peptide and anti-ICAM were used as controls. NCs carried acid sphingomyelinase (ASM), used for treatment of type B Niemann-Pick disease, and fluorescence microscopy was employed to examine cellular performance. Peptide-coated/enzyme NCs efficiently targeted ICAM-1 (22-fold over non-specific counterparts; B ∼180 NCs/cell; t ∼28 min), recognised human and mouse cells (1.2- to 0.7-fold binding vs. antibody/enzyme NCs), were efficiently endocytosed (71% at 1 h chase), and trafficked to lysosomes (30--45% of internalised NCs; 2 h chase). This restored lysosomal levels of sphingomyelin and cholesterol within 5 h chase (∼95% reduction over disease levels), similar to antibody-enzyme NCs. This fibrinogen-derived ICAM-1-targeting peptide holds potential for lysosomal enzyme replacement therapy.