ACS Nano：肽基自組裝體重塑前列腺腫瘤微環境抑制腫瘤轉移

【研究背景】

前列腺癌是西方國家男性中最常見的惡性腫瘤之一，也是癌癥相關死亡的第二大主要原因。雖然目前前列腺的治療取得了一定成就，但是仍然缺乏有效的針對惡性轉移前列腺癌的治療方法，這也是晚期前列腺癌導致毀滅性并發癥和死亡的原因。據報道，腫瘤細胞的侵襲和遷移以及血管生成是腫瘤轉移的關鍵事件，而腫瘤相關的成纖維細胞（CAFs）是這些事件中的關鍵啟動子，它通過改變前列腺癌的微環境發揮作用。因此，減少CAFs或逆轉其功能應該是抑制腫瘤轉移的可行策略。前期研究表明，消除CAFs可以提高前列腺腫瘤化療的療效。然而，最近的研究表明，α平滑肌肌動蛋白（α-SMA）⁺成纖維細胞的缺失增加了腫瘤侵襲或轉移的風險。因此，為了避免潛在的風險，通過調節CAFs的功能而不是直接消耗CAFs來探索轉移抑制是一種有較大前景的策略。

【成果簡介】

近日，國家納米中心Ji Tianjiao研究員、趙穎研究員和聶廣軍研究員通過將成纖維細胞活化蛋白-α（FAP-α）抗體加載到細胞穿透肽（CPP）為基礎的納米顆粒上，構建了一個CAF靶向siRNA遞送系統，該納米粒在CAFs中特異性下調了C-X-C基序趨化因子配體12（CXCL12）的表達。這種調節通過滅活CAFs而產生一系列變化，從而重塑前列腺癌的微環境。腫瘤細胞的侵襲、遷移和血管生成均受到明顯抑制，這都有助于抑制原位前列腺腫瘤的轉移。這種通過CAF靶向和滅活的腫瘤微環境重塑策略為抑制前列腺癌轉移提供了一種新的途徑。該文章近日以題為“Reshaping Prostate Tumor Microenvironment To Suppress Metastasis via Cancer-Associated Fibroblast Inactivation with Peptide-Assembly-Based Nanosystem”發表在知名期刊ACS Nano上。

【圖文導讀】

圖一、PNP/siCXCL12/mAb納米體系結構與工作機理示意圖

（A）通過超分子組裝構建PNP/siRNA/mAb納米體系；

（B）提出PNP/siCXCL12/mAb介導的轉移抑制和CPP介導的CXCL12 siRNA轉染CAFs的機制。

圖二、納米體系的制備及表征

（A）不同質量比的PNP/siRNA復合物的電泳遷移率；

（B）siRNA被PNP吸附前后對RNase的穩定性；

（C-D）PNP/siRNA/mAb和PNP/siRNA/IgG在不同比例PNP和mAb（或IgG）時的Zeta電位。

（E）通過TEM觀察的優化的PNP/siRNA/mAb和PNP/siRNA/IgG的形態。

（F）通過DLS測量的PNP/siRNA/mAb和PNP/siRNA/IgG的粒徑。

圖三、納米體系的細胞攝取和基因沉默效率

（A）流式細胞術分析FAM-siRNA在CAFs（FAP-α陽性）和PC-3（FAP-α陰性）細胞中的內化；

（B）不同配方處理的CAFs和PC-3細胞的平均熒光強度；

（C）從CLSM圖像中研究每種材料的細胞攝取；

（D）不同時間PNP/siRNA/mAb孵育的CAFs中FAM-siRNA的分布；

（E）PCR檢測CAFs中CXCL12 mRNA表達水平；

（F）CAF中CXCL12濃度；

（G）用WB檢測不同配方處理的CAFs中CXCL 12的表達；

（H）WB結果中標準化CXCL 12蛋白表達的定量分析。

圖四、CAFs活性及分泌情況的變化

（A）不同治療組CAFs的α-SMA免疫熒光染色的CLSM圖像；

（B）（A）中結果的標準化α-SMA表達的定量分析；

（C）不同治療組CAFs細胞周期分析；

（D）在G0/G1、S和G2/M時停滯的細胞百分比；

（E）蛋白質組芯片檢測CAFs治療后細胞因子的差異表達；

（F）血管生成蛋白陣列芯片檢測CAFs治療后血管生成相關因子的差異表達。

圖五、腫瘤細胞遷移和侵襲能力評估

（A）用于遷移評估的傷口愈合實驗方案；

（B-C）每個CAF-CM治療前后的傷口圖像和偏移距離的量化分析；

（D）腫瘤細胞侵襲模型的建立；

（E-F）各組PC-3細胞浸潤的圖像及定量分析。

圖六、內皮細胞功能評價

（A）從Transwell試驗中獲得的CAF CM收集方案和遷移模型；

（B-C）每組HUVECs的遷移圖像及量化分析；

（D）血管生成實驗方案；

（E）各組在基質膠上形成HUVEC血管的圖像；

（F）24小時后測定各組管狀結構的長度。

圖七、不同實驗組小鼠原位前列腺模型的抗腫瘤評估

（A）原位前列腺腫瘤模型的建立；

（B）腫瘤種植、治療和生物發光（BLI）成像的時間軸；

（C）不同治療組小鼠在第1、8和14天的體內BLI；

（D）通過體內生物發光信號的量化分析確定腫瘤進展曲線；

（E）帶有睪丸的前列腺腫瘤圖像；

（F）各組腫瘤質量對比；

（G）第14天主要器官轉移灶的生物發光圖像；

（H）生物發光成像觀察到的主要器官腫瘤轉移數目。

圖八、體內CXCL12下調及相關作用

（A）不同治療組原發性腫瘤組織中CXCL12表達的WB圖像；

（B）由（A）計算得到腫瘤中CXCL12的標準化蛋白表達水平；

（C）免疫組化檢測原發性腫瘤中α-SMA和CD31的表達；

（D）（C）腫瘤的標準化α-SMA陽性強度；

（E）通過計算（C）中腫瘤切片的CD31陽性點來量化腫瘤新生血管的密度。

【結論展望】

作為腫瘤細胞的“土壤”，腫瘤微環境中的每一個成分都不容忽視。在惡性前列腺癌的中晚期，活化的CAFs廣泛存在并參與多種途徑促進腫瘤的發展和預防藥物的滲透。在這項工作中，作者選擇了一個關鍵的CAF特異基因（CXCL12基因）作為靶點，并通過PNP/siCXCL12/mAb納米體系將siRNA特異性地傳遞給CAFs。這種納米系統不但沒有殺死CAFs，反而使CAF失活，從而改變了原位前列腺腫瘤的惡性微環境。腫瘤細胞的侵襲、遷移和腫瘤血管生成受到明顯抑制，從而抑制了前列腺癌的轉移。這種納米體系沒有產生系統性的毒副作用，顯示出被轉染的潛力。盡管如此，這種治療策略在臨床上并不能取代常規治療（如手術和化療），但在前列腺癌的治療中，它可能是一種優秀的輔助策略。

文獻鏈接：Reshaping Prostate Tumor Microenvironment To Suppress Metastasis via Cancer-Associated Fibroblast Inactivation with Peptide-Assembly-Based Nanosystem (ACS Nano 2019, DOI: 10.1021/acsnano.9b04857)

本文由大兵哥供稿。

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