陈学思&宋万通Nano Lett.：基于肿瘤特异性氧化应激增强抗肿瘤免疫的高分子偶联物

【研究背景】

肿瘤与免疫细胞之间的串扰在肿瘤进展和免疫监测中起着重要作用。免疫细胞如肿瘤相关巨噬细胞（TAM）分泌多种生长因子和细胞因子促进肿瘤细胞增殖，促进细胞扩散，刺激血管生长和血管生成；同时，肿瘤细胞也分泌细胞因子，将免疫细胞的免疫表型调节为免疫抑制型，增强免疫负性调节分子的表达，防止免疫细胞的杀伤。最近的研究发现，某些治疗诱导的细胞死亡会引发肿瘤细胞特异性的抗肿瘤免疫力，这可能是许多成功的抗癌干预措施的重要原因之一。这种免疫原性细胞死亡（ICD）通常是治疗诱导的广泛细胞应激的结果，其特征是主动或被动释放细胞死亡相关分子模式（DAMPs）。 肿瘤浸润性抗原提呈细胞上的模式识别受体（PRRs）可以感受到这些阻尼，并激活免疫系统以清除肿瘤特异性免疫。如果可以在肿瘤内部选择性地增强ICD效应，则可以通过免疫监视的恢复来抑制肿瘤的生长，并且可以实现长期抑制以激活肿瘤特异性抗肿瘤免疫力。

【成果简介】

近日，中科院长春应化所陈学思院士、宋万通副研究员等人报道了一种合理设计的肿瘤特异性增强氧化应激聚合物偶联物（TSEOP）以增强抗肿瘤免疫力。通过肉桂醛（CA）、4-甲酰苯硼酸频哪醇酯和5-异氰戊烯-1-炔的Passerini反应，再与聚（L-谷氨酸）-接枝聚（乙二醇）单甲醚（PLG-g-mPEG）进行叠氮-炔点击反应制备TSEOP。在肿瘤刺激条件下，CA和醌甲化合物（QM）迅速生成，协同诱导增强氧化应激和内质网压力、免疫原性肿瘤细胞死亡（ICD）和抗原提呈细胞活化。体内研究表明，TSEOP治疗可增强肿瘤特异性抗肿瘤免疫，并根除小鼠大肠和乳腺肿瘤。这项研究对于设计聚合物作为癌症治疗的免疫疗法具有一定的启发意义。该文章近日以题为“Rationally Designed Polymer Conjugate for Tumor-Specific Amplification of Oxidative Stress and Boosting Antitumor Immunity”发表在知名期刊Nano Letters上。

【图文导读】

图一、TSEOP诱导ICD和增强抗肿瘤免疫力

图二、TSEOP的合成途径以及CA和QM的刺激响应释放

（A） TSEOP的合成路线。

（B） 在25℃，100 mM H₂O₂条件下，用¹H NMR法测试PBCA对 H₂O₂的响应解离产生CA和QM（迅速转变为4-羟基苄醇）。

（C）在不同条件下，TSEOP释放产生CA的体外释放曲线。

图三、TSEOP体外诱导肿瘤细胞氧化应激和ICD

（A）CLSM观察50 μMCA浓度下PBS、CA、P-CA、TSEOP处理CT26细胞24小时后细胞内的ROS水平。

（B）细胞内活性氧生成的相对定量。

（C）CT26细胞未处理和经50 μM的游离CA、P-CA、TSEOP处理24小时后的GSH水平。

（D）CT26细胞未处理和经PBA浓度为50 μM的游离PBA或P-PBA处理24小时后的细胞GSH水平。

（E）不同CA浓度的CA、P-CA和TSEOP对CT26细胞体外培养24小时的细胞毒性。

（F）不同CA浓度的CA、P-CA和TSEOP对NIH-3T3细胞体外培养24小时的细胞毒性。

（G）CLSM检测30 μg/mL的CA浓度下CT26细胞与游离CA、P-CA和TSEOP孵育24小时后HMGB1的释放。

（H）30 μg/mL的CA浓度下CT26细胞与游离CA、P-CA和TSEOP孵育24小时后ATP的释放。

（I）流式细胞术检测CT26细胞与游离CA、P-CA和TSEOP在100 μg/mL浓度下孵育4h后的CRT阳性率。

（J）体外DC细胞活化实验示意图及流式细胞术结果。

图四、体内抗肿瘤作用

（A）不同治疗后CT26肿瘤荷瘤小鼠的平均肿瘤体积曲线。

（B）不同治疗后CT26肿瘤荷瘤小鼠的肿瘤生长曲线。

（C）不同治疗结束后CT26肿瘤的流式细胞术结果。

（D）不同治疗后4T1肿瘤荷瘤小鼠的平均肿瘤体积曲线。

（E）不同治疗后的4T1肿瘤荷瘤小鼠的肿瘤生长曲线。

图五、免疫接种和再挑战实验评估TSEOP诱导的体内肿瘤特异性免疫效应

（A）疫苗接种和再挑战实验设计示意图。

（B）接受各种疫苗接种的小鼠：PBS，CT26细胞，TSEOP-CT26细胞后，再挑战肿瘤的肿瘤平均体积曲线。

（C）在接受不同的免疫接种后，再挑战的肿瘤生长曲线。

【结论展望】

综上所述，作者提出了一种安全有效的利用聚合物基疗法来抑制肿瘤生长和增强肿瘤免疫治疗。通过合理设计的结构，TSEOP可以特异性地协同增加肿瘤细胞的氧化应激，从而在不杀死正常细胞的情况下，对肿瘤细胞产生有效的ICD。体内实验结果表明，单独使用TSEOP治疗即可同时根除CT26结肠癌和4T1三阴性乳腺癌。进一步研究表明，TSEOP能有效激活体内免疫系统，使CD3⁺CD8⁺T细胞增多，并激活了DC细胞和M1型巨噬细胞的浸润。疫苗接种和再挑战实验证实TSEOP可诱导体内肿瘤特异性抗肿瘤免疫。TSEOP具有良好的肿瘤选择性和抗肿瘤效果，为设计基于聚合物的肿瘤免疫治疗提供了一种新的途径，也可能成为一种安全、经济的肿瘤免疫治疗方法。

文献链接：Rationally Designed Polymer Conjugate for Tumor-Specific Amplification of Oxidative Stress and Boosting Antitumor Immunity (Nano Letters, 2020, DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b05265)

课题组简介：

中科院长春应化所陈学思研究员：中国科学院院士，课题组长，近年来主要从事生物医用高分子材料、组织工程和再生医学、药物缓控释载体材料、聚氨基酸水凝胶、聚乳酸产业化等方向的研究。在SCI学术期刊上发表论文700余篇；获授权中国发明专利150余项。现任中国科学院长春应用化学研究所学术委员会副主任，中国科学院生态环境高分子材料重点实验室学术委员会副主任，2016年入选国际生物材料与工程联合会会士，2020年当选2019年中国科学年度新闻人物。担任美国化学会期刊《ACS Applied Biomaterials Science & Engineering》副主编，担任国际学术期刊《Journal of Controlled Release》，《Advanced Healthcare Materials》，《Acta Biomaterialia》，《Biomacromolecules》等编委。

课题组主页：http://www.biopolymer.cn

中科院长春应化所宋万通副研究员：2008年本科毕业于南京大学应用化学系，2013年在中国科学院大学获得博士学位（导师：陈学思院士），之后留所工作；2016年到2018年赴美国北卡罗来纳大学教堂山分校药学院进行博士后研究（导师：Leaf Huang教授）。目前主要从事免疫治疗与高分子材料交叉方向的研究工作，以第一/通讯作者在Nature Nanotechnology, Nature Communications, Advanced Materials, ACS Nano, Nano Letters, Biomaterials等杂志发表研究论文及综述60余篇，获得2018年度美中抗癌协会&亚洲癌症研究基金会青年学者奖，2019年度中美纳米医学与纳米技术学会未来之星奖，担任中国生物医学工程学会纳米医学与工程分会青年委员，2019年入选中国科学院青年创新促进会。

本文由大兵哥供稿。

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