尽管在过去十年中有多种新型抗肿瘤疗法被开发,兼备无创性和全身抗肿瘤能力的化疗仍是临床中肿瘤治疗的主要方法,但目前化疗的疗效还很不理想。此外,免疫抑制的肿瘤微环境(TME)也会限制化疗的疗效,导致肿瘤易复发转移。因此,探索可有效诱导肿瘤免疫原性的新化疗靶点,激活免疫系统并逆转TME的免疫抑制性,有望实现增强的治疗效果。
内质网作为细胞中调节蛋白质折叠和细胞稳态的重要细胞器,已成为新的药理学靶点。由于大多数肿瘤细胞都处于非致命的持续内质网应激状态,放大内质网应激可诱导肿瘤细胞凋亡。此外,当肿瘤中内质网应激程度异常增强时,定位在内质网上的免疫原性死亡(ICD)标志物钙网蛋白(CRT)会转移至细胞膜,熟化树突细胞(DCs)。因此,利用可放大内质网应激的药物促进CRT在细胞表面的暴露,可能是提升肿瘤免疫原性的理想选择。
近年来,基于“one-for-all”策略设计的兼备诊断和治疗功能的纳米药物被广泛开发用于影像引导的肿瘤治疗。例如第三代含磷树状大分子铜络合物(1G3-Cu),既可将促凋亡蛋白Bax转运至线粒体,诱导肿瘤细胞凋亡;还可利用Cu进行MR成像。此外,1G3-Cu对线粒体的潜在损伤可能导致另一种ICD标志物三磷酸腺苷(ATP)的释放,进一步增强ICD效应。
由于化疗药物往往受困于生物利用度差、单药疗效不足等缺点,具有优异载药能力的TME响应纳米平台被用于整合不同的药物以提高疗效。在众多纳米平台中,响应性聚合物胶束由于可负载疏水药物、延长血液循环时间以及控制药物释放等而具有独特的优势。然而,体内的多重生理屏障仍会阻碍胶束在肿瘤中的积累,因此有必要在胶束表面进行额外的仿生修饰以增强其肿瘤特异性。例如,具有免疫逃避性和同源靶向性的癌细胞膜可使纳米平台逃脱网状内皮系统的吞噬并增强其在肿瘤中的积累。考虑到对肿瘤的高效化疗可能会引起肿瘤细胞表面免疫检查点分子表达增加,将化疗与免疫检查点阻断(ICB)疗法结合将有望逆转免疫抑制的TME并产生长期抗肿瘤免疫记忆效应。
图1. GCT@CM NPs的合成及应用示意图。
图2.(A)GCT NPs的TEM图;GCT@CM NPs的(B)SEM图及(C)TEM图;(D)CD47蛋白的保留情况;(E)各材料的抗蛋白吸附能力;各材料的(F)水合粒径及(G)电势;(H)GCT@CM NPs在水、PBS以及培养基中的粒径变化曲线;(I)不同条件下GCT@CM NPs粒径的变化;(J)不同条件下Toy的累积释放曲线。
图3.不同材料处理(A)B16细胞或(B)L929细胞后的细胞活力图;(C)不同材料处理B16细胞和RAW 264.7细胞后细胞内铜元素含量分析图;(D)不同材料处理后B16细胞内GSH水平分析图及(E-G)ROS水平分析图;(H)Toy在细胞内的作用机制示意图;(I-L)不同材料处理后B16细胞内相关基因的表达水平及(M)相关蛋白的Western blot试验结果图。
图4.(A)1G3-Cu在细胞内的作用机制示意图;(B)不同材料处理后B16细胞内线粒体膜电位变化分析图;(C-D)不同材料处理后B16细胞凋亡情况流式分析及(E)凋亡相关蛋白的Western blot试验结果图;(F)B16细胞与各组材料共孵育引起ICD,并刺激DCs熟化的示意图;不同材料处理后细胞内(G)HMGB-1的释放及(H)CRT表达情况分析图;(I)各组材料刺激DCs熟化的流式分析图。
随后,研究团队在小鼠体内构建了B16皮下瘤模型,通过MR成像验证了GCT@CM NPs在体内具有肿瘤主动靶向性及延长的血液循环时间。在体内抗肿瘤实验中,GCT@CM NPs具有最佳的肿瘤抑制效果,可在体内诱导肿瘤细胞发生ICD,并招募细胞毒性T细胞进入TME。进一步将GCT@CM NPs与PD-L1抗体(Anti-PD-L1)联合使用发现,Anti-PD-L1可提高T细胞对肿瘤细胞的识别能力,使GCT@CM NPs+Anti-PD-L1组小鼠的肿瘤体积最小(图5A-E)。经流式分析发现,联合治疗使小鼠脾脏及肿瘤浸润的CD4+、CD8+T细胞比例显著上升,肿瘤部位Tregs的比例下降,免疫抑制的TME被逆转,表明化疗引起的ICD与ICB疗法联合可引起最有效的免疫应答(图5F-K)。
图5.(A)小鼠体内联合治疗过程示意图;不同材料治疗14天内(B)相对肿瘤体积变化图、(C)小鼠相对体重变化图及14天后的(D)肿瘤照片和(E)肿瘤重量;各实验组经治疗14天后,(F)脾脏及(G)肿瘤组织中CD8+与CD4+T细胞分型的流式细胞分析图及(H-I)肿瘤组织中Tregs的表达水平分析;(J)CD8+T细胞与Tregs的比值;(K)治疗后各组小鼠血清中IFN-γ表达水平分析。
图6.(A)小鼠体内肿瘤再挑战及抗转移实验示意图;(B-C)经联合治疗后各组小鼠脾脏中记忆T细胞比例分析;(D)各组小鼠再挑战肿瘤中T细胞分型分析及(E)CD8+与CD4+T细胞的比值;(H)各组小鼠经治疗后抗转移实验结果。
简而言之,该研究设计的GCT@CM NPs纳米平台具有多个优势:1)构建的NPs联合CM显著提高了1G3-Cu和Toy的生物利用度并降低了它们的副作用,使1G3-Cu和Toy在TME中响应性释放,从而通过线粒体和内质网应激两个途径诱导肿瘤细胞凋亡;2)Toy介导的内质网应激放大可以与1G3-Cu诱导的线粒体功能障碍协同作用,增强ICD效应,熟化DCs并招募免疫细胞进入TME;3)GCT@CM NPs与Anti-PD-L1联合使用,可产生长期免疫应答,抑制肿瘤的复发和转移。本研究制备的GCT@CM NPs为整合不同的治疗靶点以实现化疗增强的免疫治疗提供了新的思路。
文章链接:https://doi.org/10.1002/adma.202206861
- 烟台大学陈大全教授团队:结合中医药引经理论,构建基于桔梗多糖的巨噬细胞膜仿生纳米载体用于靶向肺炎以及平息细胞因子风暴 2022-02-11
- 东华大学史向阳教授课题组《ACS Nano》:巨噬细胞膜仿生的多功能纳米凝胶用于MR成像引导的原位脑胶质瘤联合治疗 2021-12-06
- 浙江大学高建青教授课题组《Adv. Funct. Mater. 》:在干细胞膜仿生囊泡多功能化和靶向递送上取得新进展 2020-09-22
- 东华大学史向阳教授团队 AS:氧化还原响应型树状大分子纳米凝胶通过内质网应激放大和巨噬细胞极化实现超声增强的胰腺癌化学免疫治疗 2023-06-25
- 北京化工大学徐福建教授团队:基于开环反应构建新型还原响应型支化聚赖氨酸基因载体 2019-03-21
- 天津大学张育淼教授团队和合作者Small:双高分子聚合物纳米胶束用于肿瘤治疗和近红外二区深部组织成像 2021-12-08
- 兰州大学卜伟锋教授课题组:基于铑(I)配合物的聚合物纳米胶束在活体内同时展现近红外磷光成像和抗癌活性 2020-02-06