在众多肿瘤免疫治疗方式中,癌症纳米疫苗由于可以训练免疫系统使其对肿瘤抗原敏感进而实现对肿瘤的抑制受到了广泛关注。典型的癌症纳米疫苗总是由肿瘤相关抗原(tumor-associated antigens, TAAs, 用于赋予疫苗特异性)、佐剂(用于免疫激活)及纳米载体(用于增强抗原及佐剂的递送)共同组成。目前,大多数已开发的纳米疫苗仅携带模型抗原,如卵清蛋白等,用于直接对抗单个抗原靶点。然而,考虑到肿瘤的持续进展和遗传异质性,这种纳米疫苗无法引起足够的免疫响应。下一代纳米疫苗制剂需要整合丰富的TAAs,以达到诱导充足的抗肿瘤免疫的阈值。携带了完整膜蛋白矩阵的癌细胞膜有望作为TAAs,用于触发对相应肿瘤的特异性免疫反应。
为了增强癌细胞膜向免疫细胞的递送,可以在癌细胞膜上修饰靶向配体,但这种工程化细胞膜的合成过程复杂且低效。考虑到原位肿瘤疫苗往往通过直接肿瘤治疗,如化疗、放疗或光热治疗等诱导肿瘤细胞凋亡并释放可激活免疫的TAAs,一种可能最大化癌细胞膜免疫调节性能的方法是在提取细胞膜前先诱导癌细胞凋亡。由于凋亡的癌细胞往往会伴随着免疫原性死亡(ICD)的发生,使钙网蛋白(CRT)等ICD标志物外翻至细胞表面,因此凋亡的癌细胞膜(apoptotic cancer cell membranes,AM)也有可能会携带CRT,这将使AM易于被免疫细胞识别摄取以更好地激活免疫。
除了携带的TAAs外,纳米疫苗的肿瘤预防和治疗效果还受到免疫抑制肿瘤微环境(TME)和肿瘤抑制效率不足的阻碍。因此,在激活免疫的同时具备直接杀伤肿瘤能力的多功能纳米疫苗将有望获得增强的肿瘤抑制性能。但如果在纳米疫苗中加入传统的细胞毒性抗肿瘤药物,则可能会对免疫细胞产生不良副作用,抑制免疫细胞活性。利用外部能量或特殊信号仅在肿瘤部位触发治疗的局部疗法因其非侵袭性、特异性和高效性而吸引了越来越多的关注。声动力学疗法(SDT)可通过超声(US)局部激活声敏剂,产生细胞毒性单线态氧(1O2)用于抑制肿瘤生长。此外,SDT能够诱导癌细胞发生ICD,为将SDT用于增强免疫调节提供了可行性。此外,SDT过程中产生的1O2作为活性氧(ROS)的一种,会造成无法修复的DNA损伤并使损伤后的DNA从细胞核逃逸到胞质中,用于激活干扰素基因(STING)通路。
细胞中cGAS-STING通路的激活会促进I型干扰素(IFN)和促炎细胞因子的分泌,这些细胞因子可以熟化树突细胞(DCs),并进一步活化T细胞以激活适应性免疫。除了上述的ROS及一些传统的STING激活剂外,最近的研究表明Mn2+可以直接刺激cGAS、增强cGAS对胞质dsDNA的敏感性并提高cGAMP与STING的结合效率,从而促进STING的激活。
图1. PMCG@AM NGs的合成及其在体内与US联合进行全周期免疫调节示意图。
图2.(A)PMCG NGs的SEM图;(B)PMC及PMCG NGs的UV-vis吸收光谱;(C)不同条件下PMCG NGs释放Mn2+情况;(D)不同条件下MnO2的转化;(E)不同NGs在H2O2溶液中产生O2情况;(F)PMCG NGs在不同GSH浓度下对MB的降解百分比;分散在(G)超纯水中或(H)分散在模拟TME溶液中的PMCG NGs产生1O2情况及(I)产生速率。
图3.(A)AM提取示意图;经不同浓度Ce6处理的B16-F10细胞在US辐照前后细胞内(B-C)ROS水平及(D)凋亡率;(E)根据蛋白组学结果分析膜蛋白的变化;(F)PMCG@AM NGs的TEM图像;PMCG@AM NGs产生(G)O2、(H)1O2及(I)·OH情况。
图4.(A)B16-F10细胞、DCs或RAW细胞与不同NGs共孵育后细胞内Mn的吞噬量;不同NGs与(B)DCs及(C)RAW细胞共孵育24 h后的细胞活力图;(D)NGs直接激活免疫细胞示意图;经不同处理后(E-F)DCs或(G-H)RAW细胞释放的IFN-β及TNF-α;(I)经不同处理后DCs熟化情况的流式分析图。
图5.(A)不同NGs在小鼠淋巴结中的积累;(B)体内疫苗免疫及肿瘤挑战时间线;(C)经3次疫苗免疫后各组(C)淋巴结中DCs熟化、(D)脾脏中T细胞分型的流式分析图及(E)血清中相关细胞因子的表达情况;(F)肿瘤挑战实验中各组小鼠肿瘤体积变化;(G-H)经不同治疗后第21天小鼠脾脏中记忆T细胞的百分比。
图6.经不同处理后B16-F10 细胞的(A)细胞活力图、(B)细胞内GSH 消耗百分比及(C-D)1O2表达水平;经不同处理后B16-F10 细胞(E)凋亡情况流式分析图及(F)死活染色的CLSM图;经不同处理后B16-F10 细胞释放的(G)IFN-β 、(H)TNF-α及(I)细胞内STING通路相关蛋白的WB试验结果图。
图7.(A)体内抗双侧肿瘤治疗时间线;治疗期间各组小鼠(B)原发瘤及(C)远端瘤体积变化;经14天治疗后各组(D-H)原发瘤及(J-N)远端瘤中T细胞分型、细胞因子表达情况、TUNEL染色分析、CRT染色分析及肿瘤细胞凋亡率。
总的来说,该研究设计的NGs具有多个优势:1)NGs的双重响应性使其能够在特定条件下选择性解离,实现可控的药物释放;2)提取的AM既可维持癌细胞膜的靶向能力,还可增强膜蛋白的免疫原性使其更易被免疫细胞识别吞噬;3)Mn2+、cGAMP和AM的联合使用可以通过激活STING通路熟化免疫细胞,并向T细胞呈递TAAs以实现特异性肿瘤预防;4)US辐照的加入可在肿瘤部位触发局部SDT,与Mn2+介导的CDT联合作用诱导ICD,ICD诱导的免疫反应与NGs直接激活的免疫应答协同作用,完成全周期免疫调节,有效抑制双侧肿瘤的生长。
文章链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X24004195
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