青农大孔晓颖、康复大学师进生/周祺惠 AFM：激活的免疫系统通过抑制肿瘤相关成纤维细胞左右光疗的体内抗肿瘤效果

2024-02-20 来源：高分子科技

实体肿瘤微环境（TME）通常被大量免疫抑制的肿瘤相关成纤维细胞浸润，导致大多数肿瘤持续处于免疫“冷”状态。近十年来，光疗抗肿瘤研究证实，光热和光动力提供的热消融、活性氧/活性氮等自由基可促进肿瘤相关抗原的分泌，促进细胞氧化损伤，上调免疫原性细胞死亡和细胞热凋亡。因此，光疗与免疫治疗的有效结合有望实现抗肿瘤治疗效果的协同放大。然而，通过热消融以及光疗中活性分子激活的免疫系统是否直接参与肿瘤细胞的攻击还需要进一步的证据证实。为了揭示光疗过程中免疫系统的抗肿瘤作用，有必要从TME相关的角度探讨激活的免疫系统是否直接参与光疗的抗肿瘤治疗过程。

近日，青岛农业大学孔晓颖副教授联合康复大学师进生教授/周祺惠研究员开发了一种NO/RNS辅助的光疗纳米平台（MCH-OBN），以研究免疫激活在光疗抗肿瘤效果中的决定性作用及其具体机制。作者利用黑色素（MNP）偶联光敏剂Ce6并包裹透明质酸（HA），获得光热（PTT）/光动力（PDT）治疗载体MCH纳米颗粒。同时，活性氧（ROS）响应的白芨多糖-PBAP复合物负载NO供体，获得OBN胶囊，由此实现NO/RNS辅助的PTT/PDT肿瘤靶向治疗（图1）。野生型小鼠和免疫缺陷小鼠的抗肿瘤效果比较表明，MCH-OBN平台提供的有效光疗在体内不能独立杀死肿瘤细胞，其作用明显依赖于免疫激活。此外，激活的免疫系统被证明通过抑制癌症相关成纤维细胞（CAFs）的生长来破坏肿瘤细胞的“屏障保护”，确保热消融、ROS和其他光疗成员对肿瘤的有效损伤。因此，本工作首次揭示了免疫激活通过调节CAFs增殖来决定光疗抗肿瘤效果的生物学机制，这对优化光疗抗肿瘤临床治疗具有重要意义。

图1. 不同免疫状态下MCH-OBN光疗纳米平台抗肿瘤效果示意图。

作者通过一系列手段证明了MCH-OBN平台的制备成功并验证其具有良好的光热动力效果（图2）。在本研究中，MCH + OBN + Laser对体外4T1细胞造成的严重氧化损伤以及光热损伤（图3）上调肿瘤免疫原性死亡（ICD）通路（图4）并进一步诱导树突细胞（DCs）的成熟和抗原提呈。初步的体外实验结果证实了MCH-OBN纳米平台的免疫激活能力，这为后续免疫依赖性研究的成功开展提供了良好的光疗载体。

图2. MCH-OBN纳米平台的表征

图3. 纳米颗粒的细胞摄取以及对细胞损伤

图4. MCH-OBN纳米平台体外抗肿瘤分析及DCs成熟

野生型小鼠和免疫缺陷小鼠的体内抗肿瘤效果比较（图5和图6）证明，MCH-OBN平台提供的光疗抗肿瘤作用密切依赖于免疫激活，提示免疫系统可能不仅直接杀死肿瘤细胞，还可能参与其他途径来决定抗肿瘤光疗策略的有效性。为了证实CAFs在调节光疗抗肿瘤作用中的决定性作用，该研究进一步采用流式细胞术从4T1荷瘤小鼠肿瘤单细胞悬液中分离出CD45-/CD31-/FAP+肿瘤相关成纤维细胞（图7），证明了激活的免疫系统通过抑制CAFs的增殖和破坏细胞外屏障来增强光疗的抗肿瘤功效。然而，当将光疗应用于免疫缺陷的载瘤小鼠时，免疫细胞的缺乏导致CAF过度增殖和细胞外屏障稳定，这种增强的免疫“冷”状态进一步隔离了光疗载体在肿瘤组织中的渗透和细胞杀伤。

图5. 野生型小鼠体内抗肿瘤治疗及免疫分析

图6. NOD-SCID小鼠体内抗肿瘤治疗及免疫分析

图7.调控光疗抗肿瘤机制的CAFs体外分析

为了证实光疗过程中CAFs对4T1细胞的保护作用，在相同的MCH-OBN纳米平台处理后，与CAFs共培养的4T1细胞以及未共培养4T1细胞进行了转录组分析（图8和图9）。通过KEGG和GO富集分析表明，这些差异表达基因与多种细胞凋亡/免疫激活/胶原形成/细胞外基质等信号通路相关，这提供了CAFs促进肿瘤细胞外基质分泌，抑制肿瘤免疫微环境的证据。4T1细胞和与CAFs共培养的4T1细胞对光疗反应的细胞和遗传行为的差异表明，免疫“冷”肿瘤中CAFs的丰度在光疗过程中，组织不仅阻碍了热传导和活性小分子对肿瘤细胞的攻击，而且显著抑制了随后的免疫激活。相反，在免疫“热”的肿瘤组织中，高度活化的免疫成员抑制了CAFs的增殖，破坏了CAFs对肿瘤细胞的保护，进而促进光疗过程中活性小分子对肿瘤细胞的热消融和杀伤。

图8. MCH-OBN + Laser治疗后4T1肿瘤细胞转录分析

图9. MCH-OBN + Laser 治疗后CAF培养4T1肿瘤细胞的转录分析

总之，该工作首次关注了免疫状态对光疗抗肿瘤效果的决定性作用。MCH-OBN纳米平台对野生型和免疫缺陷小鼠的肿瘤疗效差异证实了光疗对免疫激活状态的强烈依赖性，在此基础上，研究者进一步证实了光疗中免疫系统通过破坏CAFs对肿瘤细胞的物理屏障促进肿瘤细胞死亡的生物调控机制，对临床开发以CAFs为靶点的免疫辅助光疗抗肿瘤策略具有重要意义。

该工作以“Activated Immune System Determines In Vivo Anti-Tumor Effect of Phototherapy by Inhibiting Cancer-Associated Fibroblasts”为题发表在Advanced Functional Materials上。青岛农业大学孔晓颖副教授、康复大学师进生教授/周祺惠研究员为论文的通讯作者，青岛农业大学硕士毕业生丁萌超以及在读硕士陈昊宇为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、国家重点研发项目、山东省泰山青年学者资助项目等基金支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202315551

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（责任编辑：xu）

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