天工大高輝/余云健團(tuán)隊(duì) JCR：腫瘤和瘤內(nèi)病原體級(jí)聯(lián)靶向光熱納米制劑用于增強(qiáng)結(jié)直腸癌免疫治療
由于結(jié)直腸癌（CRC）低免疫原性及免疫抑制腫瘤微環(huán)境的存在，免疫治療在CRC患者中的臨床效果有限。光熱療法（PTT）作為一種通過(guò)熱能誘導(dǎo)細(xì)胞消融的非侵入性治療策略，因其在抑制原發(fā)腫瘤和提高腫瘤免疫原性方面的潛力，受到廣泛關(guān)注。然而，由于腫瘤的異質(zhì)性，依賴(lài)于受體-配體相互作用的單一靶向光熱系統(tǒng)的實(shí)際效果難以令人滿(mǎn)意。研究發(fā)現(xiàn)，CRC部位的具核梭桿菌（Fn）通過(guò)細(xì)菌凝集素-宿主聚糖（Fap2-Gal-GalNAc）的相互作用，特異性地黏附于腫瘤細(xì)胞上，導(dǎo)致腫瘤和正常組織中細(xì)菌群體的顯著差異。這一發(fā)現(xiàn)提示，CRC中異常富集的Fn可作為CRC腫瘤的額外靶點(diǎn)。此外，Fn的代謝物琥珀酸通過(guò)限制腫瘤部位CD8+T細(xì)胞的浸潤(rùn)，進(jìn)而影響免疫治療的效果。
基于此，天津工業(yè)大學(xué)的高輝教授和余云健博士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種可控的“屏蔽-去屏蔽”N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）衍生光熱納米材料（CMGH），用于介導(dǎo)腫瘤及腫瘤內(nèi)Fn的級(jí)聯(lián)靶向，從而增強(qiáng)光熱免疫治療（圖1）。CMGH可與CRC中的內(nèi)源性硫化氫反應(yīng)，原位生成在NIR-II區(qū)激發(fā)的光熱劑。席夫堿鍵連接的透明質(zhì)酸涂層不僅有助于靶向腫瘤，還能有效屏蔽GalNAc介導(dǎo)的肝靶向作用。該涂層在腫瘤部位弱酸性環(huán)境下脫落，暴露GalNAc并結(jié)合Fap2以錨定Fn，實(shí)現(xiàn)腫瘤區(qū)域的特異性靶向。通過(guò)這一級(jí)聯(lián)靶向策略，納米藥物能夠有效積聚于腫瘤部位，從而增強(qiáng)光熱治療（PTT）的效果。同時(shí)，PTT可有效誘導(dǎo)CRC細(xì)胞的免疫原性細(xì)胞死亡（ICD）促進(jìn)免疫原性增強(qiáng)并激活CD8+ T細(xì)胞。更重要的是，Fn的同步根除促進(jìn)了M1型巨噬細(xì)胞極化，且通過(guò)降低琥珀酸水平進(jìn)一步促進(jìn)CD8+ T細(xì)胞的瘤內(nèi)浸潤(rùn)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)抗腫瘤免疫治療效果。
圖1. CMGH通過(guò)級(jí)聯(lián)靶向腫瘤和腫瘤內(nèi)Fn增強(qiáng)光熱免疫治療的示意圖。
團(tuán)隊(duì)研究了CMGH的響應(yīng)性靶向光熱抗菌性能（圖2）。熒光光譜、熒光共定位實(shí)驗(yàn)以及流式細(xì)胞術(shù)的結(jié)果驗(yàn)證了CMGH對(duì)Fn的可切換靶向效應(yīng)。進(jìn)一步通過(guò)平板涂布法評(píng)估了Fn靶向對(duì)光熱抗菌效果的增強(qiáng)作用。掃描電子顯微鏡觀察顯示，在CMGH及光照處理?xiàng)l件下， Fn的形貌發(fā)生了顯著變化，進(jìn)一步證實(shí)了CMGH在腫瘤微酸環(huán)境響應(yīng)后，能夠有效附著于細(xì)菌表面并引起細(xì)菌的嚴(yán)重?fù)p傷。
圖2. CMGH的靶向光熱抗菌活性。
團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了CMGH在體外的光熱抗腫瘤效果及ICD效應(yīng)（圖3）。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該材料具有良好的生物相容性和對(duì)腫瘤細(xì)胞的顯著光毒性。當(dāng)CT26與Fn共孵育時(shí)，GalNAc介導(dǎo)的Fn靶向增強(qiáng)了PTT對(duì)癌細(xì)胞的殺傷作用，流式細(xì)胞術(shù)數(shù)據(jù)也證實(shí)了這一結(jié)論。此外，級(jí)聯(lián)靶向增強(qiáng)的PTT進(jìn)一步放大了ICD效應(yīng)。這一效應(yīng)有望招募樹(shù)突狀細(xì)胞并促進(jìn)其成熟，從而激活細(xì)胞毒性T細(xì)胞，增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)。
圖3. 體外抗腫瘤性能和ICD效用
為了探討CMGH介導(dǎo)的體內(nèi)抗腫瘤效果及其在預(yù)防腫瘤轉(zhuǎn)移方面的作用，團(tuán)隊(duì)建立了雙側(cè)小鼠腫瘤模型（圖4）。左側(cè)腋下的原發(fā)腫瘤用于評(píng)估PTT療效，而右側(cè)腋下的遠(yuǎn)端腫瘤用于模擬轉(zhuǎn)移性腫瘤。小鼠體重及腫瘤體積變化表明，CMGH具有優(yōu)異的生物相容性和抗腫瘤效果。在級(jí)聯(lián)靶向效應(yīng)的作用下， CMGH顯著抑制了近端和遠(yuǎn)端腫瘤的生長(zhǎng)，并促進(jìn)了T細(xì)胞的腫瘤內(nèi)浸潤(rùn)。
圖4. 雙側(cè)荷瘤小鼠的抗腫瘤療效和免疫反應(yīng)。
總體而言，原位活化的光熱納米藥物通過(guò)誘導(dǎo)癌細(xì)胞的ICD并釋放腫瘤相關(guān)抗原（TAAs），有效引發(fā)了T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。更重要的是，PTT靶向消除腫瘤內(nèi)Fn顯著降低了琥珀酸水平，并促進(jìn)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞的腫瘤內(nèi)浸潤(rùn)。級(jí)聯(lián)靶向增強(qiáng)了PTT和腫瘤內(nèi)Fn的清除，并通過(guò)同步改善免疫原性和逆轉(zhuǎn)免疫抑制腫瘤微環(huán)境，激活了強(qiáng)大的全身抗腫瘤免疫反應(yīng)。此項(xiàng)研究采用級(jí)聯(lián)靶向策略增強(qiáng)PTT及調(diào)節(jié)腫瘤內(nèi)微生物群，為增強(qiáng)CRC免疫治療提供了可行的治療范例。
以上研究成果以“Tumor and intratumoral pathogen cascade-targeting photothermal nanotherapeutics for boosted immunotherapy of colorectal cancer”為題發(fā)表在Journal of Controlled Release上（DOI: 10.1016/j.jconrel.2025.01.048）。天津工業(yè)大學(xué)博士研究生辛友濤為第一作者，通訊作者為余云健博士和高輝教授。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2025.01.048
