ACS Nano┃细胞膜包裹的纳米药物用于免疫抑制微环境的调控及无免疫原性肿瘤的治疗

英文原题： Fighting Immune Cold and Reprogramming Immunosuppressive Tumor Microenvironment with Red Blood Cell Membrane-Camouflaged Nanobullets

通讯作者：张兴才（哈佛大学、麻省理工学院），田中民（西安交通大学）

作者：Zhe Yang, Di Gao, Xiaoqing Guo, Lin Jin, Juanjuan Zheng, Ying Wang, Shuojia Chen, Xuewei Zheng, Li Zeng, Ming Guo, Xingcai Zhang, Zhongmin Tian

随着肿瘤免疫学的不断发展，免疫疗法已在实体瘤的治疗中展示出较好的抗肿瘤活性。然而，免疫疗法目前只能帮助患有特定类型癌症的患者，对于其他类型的肿瘤，几乎没有响应。造成这一现象的主要原因之一是由于某些肿瘤组织无免疫原性，即为没有或仅有很少免疫细胞的“冷肿瘤”；另一方面，由于肿瘤血管的畸形及分布的高度无序，不仅造成了组织间液渗透压升高，阻碍了免疫细胞的浸润，还会营造高度缺氧的肿瘤微环境并诱生各种免疫抑制细胞及增加免疫检查点表达，最终导致肿瘤免疫逃逸现象加剧。因此，阻断单一免疫逃逸途径并不能高效、彻底地解决肿瘤免疫逃逸现象，而如何从整体抑制肿瘤免疫逃逸微环境是进一步提高免疫治疗疗效的关键。

一氧化氮（NO）作为调节人类机体活动的重要信号分子，可促进肿瘤血管正常化，从而改善肿瘤乏氧状态并抑制免疫逃逸微环境。然而，无论是NO分子还是化疗药物，其在体内的生物利用率及药代动力学性质都较差，尤其对于NO分子，其体内半衰期仅为3-5秒。因此，构建安全高效的NO供体纳米递送系统已成为改善其体内生物利用率并增强其临床联合应用可实施性的关键。但目前纳米NO供体递送系统的研究大多仍集中于抑制多药耐药性或直接杀伤肿瘤细胞等方面，而利用NO抑制肿瘤免疫逃逸的研究却鲜有报道。

因此，杨哲博士等在前期研究基础上，合成了一种具有高临界相转变温度（UCST）的温敏型NO大分子供体（聚（丙烯酰胺-丙烯腈-共乙烯基咪唑）-亚硝基硫醇，PAAV-SNO），同时将其制备成纳米粒子用于负载NIR II光热剂IR1061和吲哚胺2,3-二加氧酶1（IDO-1）抑制剂1甲基色氨酸（1-MT），并利用红细胞膜对其表面进行修饰。由于红细胞膜具有可避免被机体免疫系统清除的“隐身”特性，因此该纳米药物在体内具有较长的驻留时间及肿瘤聚集效率。同时，当具有较强组织穿透深度的NIR-II激光辐照在肿瘤部位时，IR1061可实现光热转换并使肿瘤部位温度升高。肿瘤部位温度的升高不仅可以诱发肿瘤细胞免疫原性死亡（ICD），促进效应T淋巴细胞聚集在肿瘤组织、激活免疫调控系统，还可触发S-NO断键及PAAV-SNO纳米粒子解体，从而精确控制NO和1-MT在肿瘤组织释放。随后，NO及1-MT通过调节犬尿氨酸代谢途径及缓解肿瘤乏氧状态，增强机体免疫系统抑制肿瘤生长及转移。因此，该纳米药物的构建及应用，提供了一种从整体有效调控肿瘤免疫抑制微环境的新策略，也为治疗无免疫原性肿瘤提供了新的思路。

图1. （A）红细胞膜包裹纳米药物的结构和药物控制释放过程及（B）诱发肿瘤细胞免疫原性死亡并从整体有效调控肿瘤免疫抑制微环境的机制。

实验结果表明，该纳米药物可通过光热作用诱发4T1细胞免疫原性死亡并促进CRT蛋白表达升高，而释放的1-MT和NO则可有效降低IDO1活性、抑制犬尿氨酸代谢途径及PD-L1的表达，从而有效激活免疫调控系统。

图2.纳米药物有效抑制4T1细胞IDO1活性，PD-L1表达、有效诱发细胞免疫原性死亡并激活机体免疫系统。

同时，该纳米药物在体内可有效改善肿瘤组织的乏氧状态、抑制Treg细胞的增殖，并促进CD8⁺T淋巴细胞、M1型巨噬细胞的分化及相关细胞因子的表达，从而从整体调控肿瘤免疫抑制微环境，抑制4T1肿瘤的生长及转移。

图3. 体内治疗效果及调控肿瘤免疫抑制微环境效果评价。

图4. 体内有效抑制4T1肿瘤肺转移。

以上研究成果近期发表在ACS Nano 上，西安交通大学生命学院杨哲博士为第一作者，哈佛大学、麻省理工学院张兴才博士及西安交通大学田中民博士为通讯作者。上述研究工作得到了中国自然科学基金（51703178, 51903203, 81770728）及中国博士后面上基金（2019M663742, 2019M653661）支持。

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Fighting Immune Cold and Reprogramming Immunosuppressive Tumor Microenvironment with Red Blood Cell Membrane-Camouflaged Nanobullets

Zhe Yang, Di Gao, Xiaoqing Guo, Lin Jin, Juanjuan Zheng, Ying Wang, Shuojia Chen, Xuewei Zheng, Li Zeng, Ming Guo, Xingcai Zhang*, Zhongmin Tian*

ACS Nano, 2020, DOI: 10.1021/acsnano.0c07721

Publication Date: November 9, 2020

Copyright © 2020 American Chemical Society

（本稿件来自ACS Publications）