BioactMater生物活性材料 - 蘇州大學李楨：仿生納米探針調控免疫抑制微環境用於腦膠質瘤免疫治療|Bioactive Materials－鑽石舞台

蘇州大學李楨教授在科愛出版創辦的期刊Bioactive Materials上發表：仿生納米探針調控免疫抑制微環境用於腦膠質瘤免疫治療。為提高腦膠質瘤免疫治療效果，利用Cu2−xSe納米探針負載免疫抑制調節劑，包裹腫瘤細胞膜構建具有調節免疫抑制微環境（減少M2及Treg細胞）和抑制免疫檢查點功能的仿生納米探針，實現協同增強腦膠質瘤免疫治療效果，抑制腫瘤復發。

研究內容簡介

腦膠質瘤是最常見的原發性顱內腦腫瘤，傳統的治療方法以手術切除為主，放化療為輔。然而，治療效果不佳，5年生存率僅為5.4%。因此，發展先進的腦膠質瘤治療方法對提高患者的生存率具有重要意義。近年來，基於免疫檢查點抑制的免疫療法在非小細胞肺癌等「熱腫瘤」中療效顯著。然而，免疫治療對「冷腫瘤」腦膠質瘤療效甚微，這主要是因為腦膠質瘤錯綜複雜的免疫抑制微環境，以及血腦屏障阻礙藥物及免疫檢查點抑制劑被高效遞送至腫瘤部位。

為解決因腦膠質瘤免疫抑制微環境導致免疫治療效果差的關鍵問題，本文利用「富含空位」的超小Cu2−xSe納米探針負載吲哚胺2,3雙加氧酶（IDO）抑制劑IND及JQ1小分子，並包裹腫瘤細胞膜構建了具有調節免疫抑制微環境及抑制免疫檢查點功能的仿生納米探針（CS-I/J@CM NPs）。如圖1所示，將其高效遞送至腦膠質瘤部位，利用納米探針類芬頓反應產生的ROS及O2誘導腫瘤免疫應答，通過極化腫瘤相關巨噬細胞為M1表型而緩解免疫抑制性；利用負載的IND抑制色氨酸降解為犬尿氨酸，從而降低腦膠質瘤部位Treg細胞比例，同時增加T細胞浸潤；利用JQ1小分子抑制腫瘤細胞PD-L1表達進而實現免疫檢查點抑制。最終通過上述多重作用協同增強腦膠質瘤小鼠的免疫治療效果，激活記憶T細胞，抑制腦膠質瘤復發。該研究為腦膠質瘤免疫治療提供了新思路。

圖1. 仿生納米探針緩解免疫抑制微環境用於腦膠質瘤免疫治療示意圖。

一：仿生納米探針構建及體外性質探究

如圖2所示，構建的仿生納米探針粒徑約為38.2 ± 6.8 nm（圖2a），凝膠電泳及蛋白質免疫印跡證實包裹於納米探針表面的細胞膜蛋白以及關鍵的細胞黏附分子蛋白（EpC）和神經-鈣粘素（N-C）均保存完好（圖2b），這為通過腫瘤細胞膜的歸巢效應實現納米探針在腦膠質瘤部位的高效富集奠定了基礎。仿生納米探針具有較小的細胞毒性，可以在體外模擬微環境及近紅外二區（NIR II）光照下，通過類芬頓反應產生大量ROS及O2，誘導腫瘤細胞凋亡，為激活腫瘤免疫應答和極化腫瘤相關巨噬細胞奠定基礎（圖2c-j）

圖2.（a）CS-I/J@CM仿生納米探針的透射電子顯微鏡圖片（標尺：50 nm）；（b）凝膠電泳及蛋白質免疫印跡；（c-d）ROS及O2的測定；（e）CS-I/J@CM納米探針的細胞毒性；（f）納米探針改善3D腫瘤球乏氧的情況（標尺：100 μm）；（g-i）流式細胞儀探究腫瘤細胞乏氧、ROS產生、腫瘤細胞凋亡的情況；（j）凋亡腫瘤細胞的定量分析。

在上述基礎上，將仿生納米探針與巨噬細胞或小鼠腦膠質瘤細胞（GL261）共孵育探究其調控腦膠質瘤免疫抑制微環境的性質。如圖3所示，仿生納米探針可通過類芬頓反應產生的ROS將M2表型巨噬細胞極化為M1表型巨噬細胞（圖3a, b）；且仿生納米探針負載的IND可高效抑制IDO的表達，進而抑制犬尿氨酸的產生；負載的JQ1也有效抑制了GL261細胞PD-L1表達（圖3c-g）。

圖3. 體外探究仿生納米探針調控腫瘤免疫抑制微環境：（a）極化M2表型腫瘤相關巨噬細胞為M1表型的示意圖；（b）流式細胞儀表徵巨噬細胞表型；（c）IND及JQ1作用機制示意圖；（d）犬尿氨酸被抑制的效率；（e）納米探針及IND抑制IDO蛋白的表達；（f-g）流式細胞儀及蛋白質免疫印跡表徵納米探針抑制PD-L1的表達。

二：仿生納米探針在小鼠腦膠質瘤部位富集情況探究

圖4光聲成像結果證實，在聚焦超聲輔助下，尾靜脈注射的納米探針8 h後在腦膠質瘤部位富集量最大，表明細胞膜的歸巢效應可以提高仿生納米探針在腫瘤部位的富集（圖4a）。腦組織切片結果表明仿生納米探針對腦膠質瘤具有極好的殺傷效果（圖4b-c），且對腦內神經細胞損傷較小，說明納米探針具有較好的生物安全性（圖4f）。治療後小鼠生存周期延長至40天以上（圖4d），表明仿生納米探針對原位腦膠質瘤具有較好的治療效果（圖4e）。

圖4.仿生納米探針在腦膠質瘤小鼠腫瘤部位的富集及性質探究：（a）光聲成像；（b）腦組織H&E分析;（c）腫瘤大小的相對變化；（d）小鼠生存曲線；（e-f）小鼠腦組織的TUNEL、MBP、GFAP的分析。

三：仿生納米探針調控腦膠質瘤小鼠腫瘤部位免疫抑制微環境及免疫應答激活

圖5.（a）治療腦膠質瘤小鼠的示意圖；（b-c）流式細胞儀和免疫熒光探究腫瘤部位CD8+ T細胞含量；（d）腫瘤壞死因子（TNF-α）；（e-g）流式細胞儀表徵腫瘤部位Treg細胞含量，脾臟部位CD8+ T細胞含量以及脾臟部位記憶T細胞含量；（h）小鼠腫瘤復發探究。

圖5顯示仿生納米探針調控腦膠質瘤免疫抑制微環境治療腦膠質瘤的效果。納米探針在聚焦超聲輔助下遞送至腦膠質瘤部位，經過近紅外二區光照後（圖5a），小鼠腫瘤及脾臟部位的CD8+ T細胞含量比例顯著提高（圖5b，c，f），且腫瘤部位的腫瘤壞死因子（TNF-α）釋放量顯著提高（圖5d）；具有免疫抑制性的Treg細胞在脾臟內的含量顯著降低（圖5e）。同時，小鼠脾臟部位的記憶T細胞比例顯著提高（圖5g），治療後皮下二次接種GL261細胞無法成瘤（圖5h）。這些結果證明仿生納米探針CS-I/J@CM治療膠質瘤小鼠後，可激活其體內記憶T細胞，具有較好的防止腫瘤復發的效果。

綜上所述，我們構建的多功能仿生納米探針CS-I/J@CM可在聚焦超聲輔助下無創、高效地富集於腦膠質瘤部位，實現腦膠質瘤免疫抑制微環境的調控。該設計理念將為腦膠質瘤及其他免疫抑制性強的「冷」腫瘤的免疫治療提供新思路。

論文第一/通訊作者簡介

第一作者：王婷婷

蘇州大學放射醫學與防護國家重點實驗室、醫學部放射醫學與防護學院博士後，蘇州大學優秀畢業生、學術標兵等獲得者。主要從事仿生納米探針的構建及腫瘤免疫治療方面的研究。主持青年科學基金、博士後面上等項目。在Advanced Functional Materials, Bioactive Materials, Nano Letters, Journal of the American Chemical Society等學術期刊上共發表學術論文10餘篇。

個人主頁：http://fyxy.suda.edu.cn/Imaging/ff/fe/c23849a458750/page.htm

通訊作者：李楨

蘇州大學特聘教授，博士生導師，海外高層次青年人才、江蘇省雙創人才、江蘇省特聘教授、德國洪堡學者等獲得者。主要從事分子影像與納米醫學的相關研究，在Advanced Materials, Journal of the American Chemical Society等學術期刊發表SCI論文160餘篇（其中影響因子>10的論文60餘篇），論文被引1萬餘次（h-因子54），研究成果榮獲2020年度高等學校科學研究優秀成果獎（自然科學一等獎）等獎勵。

個人主頁：http://fyxy.suda.edu.cn/Imaging/95/82/c16004a365954/page.htm

資助信息

該研究獲江蘇省重點研發計劃（BE2019660）、國家自然科學基金面上項目（81971671）、國家重點研發計劃（2018YFA0208800）以及博士後面上項目 (2020M671586, 2020M681720)等的支持。

原文信息

Tingting Wang, Hao Zhang, Weibao Qiu, Yaobao Han, Hanghang Liu, Zhen Li*.

Biomimetic nanoparticles directly remodel immunosuppressive microenvironment for boosting glioblastoma immunotherapy.

Bioactive Materials,16, (2022) 418-432.

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