盡管在過去十年中有多種新型抗腫瘤療法被開發,兼備無創性和全身抗腫瘤能力的化療仍是臨床中腫瘤治療的主要方法,但目前化療的療效還很不理想。此外,免疫抑制的腫瘤微環境(TME)也會限制化療的療效,導致腫瘤易復發轉移。因此,探索可有效誘導腫瘤免疫原性的新化療靶點,激活免疫系統并逆轉TME的免疫抑制性,有望實現增強的治療效果。
內質網作為細胞中調節蛋白質折疊和細胞穩態的重要細胞器,已成為新的藥理學靶點。由于大多數腫瘤細胞都處于非致命的持續內質網應激狀態,放大內質網應激可誘導腫瘤細胞凋亡。此外,當腫瘤中內質網應激程度異常增強時,定位在內質網上的免疫原性死亡(ICD)標志物鈣網蛋白(CRT)會轉移至細胞膜,熟化樹突細胞(DCs)。因此,利用可放大內質網應激的藥物促進CRT在細胞表面的暴露,可能是提升腫瘤免疫原性的理想選擇。
近年來,基于“one-for-all”策略設計的兼備診斷和治療功能的納米藥物被廣泛開發用于影像引導的腫瘤治療。例如第三代含磷樹狀大分子銅絡合物(1G3-Cu),既可將促凋亡蛋白Bax轉運至線粒體,誘導腫瘤細胞凋亡;還可利用Cu進行MR成像。此外,1G3-Cu對線粒體的潛在損傷可能導致另一種ICD標志物三磷酸腺苷(ATP)的釋放,進一步增強ICD效應。
由于化療藥物往往受困于生物利用度差、單藥療效不足等缺點,具有優異載藥能力的TME響應納米平臺被用于整合不同的藥物以提高療效。在眾多納米平臺中,響應性聚合物膠束由于可負載疏水藥物、延長血液循環時間以及控制藥物釋放等而具有獨特的優勢。然而,體內的多重生理屏障仍會阻礙膠束在腫瘤中的積累,因此有必要在膠束表面進行額外的仿生修飾以增強其腫瘤特異性。例如,具有免疫逃避性和同源靶向性的癌細胞膜可使納米平臺逃脫網狀內皮系統的吞噬并增強其在腫瘤中的積累。考慮到對腫瘤的高效化療可能會引起腫瘤細胞表面免疫檢查點分子表達增加,將化療與免疫檢查點阻斷(ICB)療法結合將有望逆轉免疫抑制的TME并產生長期抗腫瘤免疫記憶效應。
圖1. GCT@CM NPs的合成及應用示意圖。
圖2.(A)GCT NPs的TEM圖;GCT@CM NPs的(B)SEM圖及(C)TEM圖;(D)CD47蛋白的保留情況;(E)各材料的抗蛋白吸附能力;各材料的(F)水合粒徑及(G)電勢;(H)GCT@CM NPs在水、PBS以及培養基中的粒徑變化曲線;(I)不同條件下GCT@CM NPs粒徑的變化;(J)不同條件下Toy的累積釋放曲線。
圖3.不同材料處理(A)B16細胞或(B)L929細胞后的細胞活力圖;(C)不同材料處理B16細胞和RAW 264.7細胞后細胞內銅元素含量分析圖;(D)不同材料處理后B16細胞內GSH水平分析圖及(E-G)ROS水平分析圖;(H)Toy在細胞內的作用機制示意圖;(I-L)不同材料處理后B16細胞內相關基因的表達水平及(M)相關蛋白的Western blot試驗結果圖。
圖4.(A)1G3-Cu在細胞內的作用機制示意圖;(B)不同材料處理后B16細胞內線粒體膜電位變化分析圖;(C-D)不同材料處理后B16細胞凋亡情況流式分析及(E)凋亡相關蛋白的Western blot試驗結果圖;(F)B16細胞與各組材料共孵育引起ICD,并刺激DCs熟化的示意圖;不同材料處理后細胞內(G)HMGB-1的釋放及(H)CRT表達情況分析圖;(I)各組材料刺激DCs熟化的流式分析圖。
隨后,研究團隊在小鼠體內構建了B16皮下瘤模型,通過MR成像驗證了GCT@CM NPs在體內具有腫瘤主動靶向性及延長的血液循環時間。在體內抗腫瘤實驗中,GCT@CM NPs具有最佳的腫瘤抑制效果,可在體內誘導腫瘤細胞發生ICD,并招募細胞毒性T細胞進入TME。進一步將GCT@CM NPs與PD-L1抗體(Anti-PD-L1)聯合使用發現,Anti-PD-L1可提高T細胞對腫瘤細胞的識別能力,使GCT@CM NPs+Anti-PD-L1組小鼠的腫瘤體積最小(圖5A-E)。經流式分析發現,聯合治療使小鼠脾臟及腫瘤浸潤的CD4+、CD8+T細胞比例顯著上升,腫瘤部位Tregs的比例下降,免疫抑制的TME被逆轉,表明化療引起的ICD與ICB療法聯合可引起最有效的免疫應答(圖5F-K)。

圖5.(A)小鼠體內聯合治療過程示意圖;不同材料治療14天內(B)相對腫瘤體積變化圖、(C)小鼠相對體重變化圖及14天后的(D)腫瘤照片和(E)腫瘤重量;各實驗組經治療14天后,(F)脾臟及(G)腫瘤組織中CD8+與CD4+T細胞分型的流式細胞分析圖及(H-I)腫瘤組織中Tregs的表達水平分析;(J)CD8+T細胞與Tregs的比值;(K)治療后各組小鼠血清中IFN-γ表達水平分析。
圖6.(A)小鼠體內腫瘤再挑戰及抗轉移實驗示意圖;(B-C)經聯合治療后各組小鼠脾臟中記憶T細胞比例分析;(D)各組小鼠再挑戰腫瘤中T細胞分型分析及(E)CD8+與CD4+T細胞的比值;(H)各組小鼠經治療后抗轉移實驗結果。
簡而言之,該研究設計的GCT@CM NPs納米平臺具有多個優勢:1)構建的NPs聯合CM顯著提高了1G3-Cu和Toy的生物利用度并降低了它們的副作用,使1G3-Cu和Toy在TME中響應性釋放,從而通過線粒體和內質網應激兩個途徑誘導腫瘤細胞凋亡;2)Toy介導的內質網應激放大可以與1G3-Cu誘導的線粒體功能障礙協同作用,增強ICD效應,熟化DCs并招募免疫細胞進入TME;3)GCT@CM NPs與Anti-PD-L1聯合使用,可產生長期免疫應答,抑制腫瘤的復發和轉移。本研究制備的GCT@CM NPs為整合不同的治療靶點以實現化療增強的免疫治療提供了新的思路。
文章鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202206861
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