蘇州大學&蘇州大學附屬兒童醫院 ACS Nano：基于納米配位聚合物的納米疫苗用于癌癥免疫治療

【背景介紹】

眾所周知，在2018年的諾貝爾化學獎頒發給詹姆斯·艾利森和本庶佑兩位科學家，以獎勵他們在“發現負性免疫調節治療癌癥的療法方面的貢獻”。而癌癥免疫療法通常包括細胞因子療法、免疫檢查點阻斷和癌癥疫苗。尤其是癌癥疫苗能夠觸發持久的腫瘤特異性免疫反應。其中，腫瘤疫苗通常由特異性抗原、增強免疫反應的佐劑和疫苗載體組成。研究發現，具有可控物理化學性質的納米材料可用于構建腫瘤納米疫苗。雖然目前在納米疫苗的研發方面取得了不錯成績，但是仍亟需開發可以通過簡便方法合成有效的納米疫苗用于癌癥免疫療法。

在疫苗接種過程中，抗原呈遞細胞在啟動和調節適應性免疫應答中起著重要作用。對于腫瘤疫苗，需要通過樹突狀細胞（DCs）中的抗原交叉呈遞過程來增強免疫系統對外源性腫瘤抗原的識別。目前已發現由核苷酸寡聚結合結構域1（Nod1）受體介導的信號可以增強DCs成熟及抗原交叉呈遞。然而，尚未報道使用納米疫苗激活Nod1信號途徑以進行癌癥免疫治療。

【成果簡介】

近日，蘇州大學劉莊教授和蘇州大學附屬兒童醫院汪健教授合作報道了一種由Mn²⁺離子，內消旋-2, 6-二氨基庚二酸（DAP，Nod1信號通路激動劑）和模式抗原雞卵清白蛋白（OVA）共同制備得到的納米腫瘤疫苗（OVA@Mn-DAP）。所制備的OVA@Mn-DAP納米顆粒可以通過增加細胞對抗原OVA的攝取并通過激活Nod1途徑來促進DCs成熟以及增強抗原交叉呈遞。通過磁共振和熒光成像發現，這種OVA@Mn-DAP疫苗可以在局部注射后遷移到淋巴結中。OVA@Mn-DAP疫苗不僅可以提供預防性保護，以保護小鼠免受B16-OVA攻擊，當與免疫檢查點阻斷型抗體α-PD-1聯合使用時，還可以產生顯著的治療效果，從而抑制腫瘤的生長。因此，該工作為構建有效的用于腫瘤免疫療法的納米疫苗提供了新平臺。該研究成果以題為“Nanoscale Coordination Polymer Based Nanovaccine for Tumor Immunotherapy”發布在國際期刊ACS Nano上。

【圖文解讀】

圖一、OVA@Mn-DAP納米顆粒的合成與表征
（A）OVA@Mn-DAP納米顆粒的合成和作用示意圖；

（B）OVA@Mn-DAP納米顆粒的TEM圖像；

（C）通過DLS測量的OVA@Mn-DAP納米顆粒的尺寸分布；

（D）當pH=7.4時，在不同濃度下的OVA@Mn-DAP納米顆粒的T1加權MR圖像和相應的T1弛豫速率。

圖二、OVA@Mn-DAP納米顆粒增強體外DCs攝取、成熟和抗原交叉呈遞
(A) OVA@Mn-DAP增強抗原在細胞內作用的示意圖；

(B) 不同濃度的OVA@Mn-DAP納米顆粒孵育后DCs的相對存活率；

(C-D) DCs與不同材料組孵育20 h后，OVA-cy5.5內吞的流式圖和統計數據；

（E）DCs與游離OVA-cy5.5或OVA-cy5.5@Mn-DAP孵育20 h后，DCs的共聚焦熒光圖像；

（F）用PBS、OVA、DAP、OVA+DAP或OVA@Mn-DAP處理DCs 20h后，DC成熟的統計數據；

（G）用PBS、OVA、OVA+DAP或OVA@Mn-DAP處理DCs 20 h后，抗原OVA交叉呈遞的統計數據；

（H-I）用不同材料組處理DCs后, DCs分泌的TNF-α和IL-12 p40。

圖三、納米疫苗的體內成像
（A-B）注射游離的OVA-cy5.5或OVA-cy5.5@Mn-DAP納米疫苗后，不同時間點的淋巴結（pLNs）的體內熒光圖像和定量的熒光信號；

（C-D）在不同時間點的pLNs上的體內T1加權MR圖像和定量的磁共振信號強度。

圖四、OVA@Mn-DAP作為預防性疫苗的抗腫瘤效果
（A）免疫過程和腫瘤激發實驗設計的示意圖；

（B-C）第一次免疫5天后，不同疫苗制劑對體內DC成熟和抗原交叉呈遞的影響；

（D）通過ELISPOT法，測定脾細胞中分泌IFN-γ的相對細胞數；

（E）免疫21天后，在免疫小鼠的血清中產生IFN-γ水平；

（F-G）免疫21天后，各種疫苗制劑對B16-OVA黑色素瘤的預防作用；

（H）不同組小鼠在B16-OVA腫瘤攻擊下的存活率。

圖五、OVA@Mn-DAP疫苗聯合α-PD-1的抗腫瘤治療效果
（A）OVA@Mn-DAP疫苗和α-PD-1聯合治療腫瘤的示意圖；

（B-C）PBS、OVA@Mn-DAP、α-PD-1和OVA@Mn-DAP疫苗與α-PD-1聯合治療后，不同組B16-OVA荷瘤小鼠的個體腫瘤生長曲線和平均腫瘤生長曲線；

（D）不同組小鼠的存活率；

（E-F）存活的小鼠，在第一次接種B16-OVA腫瘤60天后，再次用B16-OVA進行挑戰，小鼠的個體腫瘤生長曲線和平均腫瘤生長曲線；

（G）二次腫瘤挑戰的小鼠的存活數據。

【總結】

綜上所述，作者利用Mn²⁺離子、DAP配體（Nod1激動劑）和抗原蛋白OVA制備得到OVA@Mn-DAP納米疫苗并用于腫瘤免疫治療。該納米疫苗可以促進抗原的細胞攝取、促進DCs成熟，增強pLNs的滯留時間，并通過激活Nod1信號途徑促進抗原交叉呈遞。OVA@Mn-DAP不僅可以用作預防性納米疫苗以保護小鼠免受黑素瘤的攻擊，而且還可以作為治療性納米疫苗與α-PD-1聯合治療以抑制腫瘤的生長而延長動物的存活時間。總之，該工作提出了一種創新的策略來構建基于納米配位聚合物的納米疫苗以進行有效的腫瘤免疫治療。

該研究發表在ACS Nano上，文章鏈接：Nanoscale Coordination Polymer Based Nanovaccine for Tumor Immunotherapy（ACS Nano, 2019, DOI:10.1021/acsnano.9b05974）。

蘇州大學附屬兒童醫院研究生趙赫和蘇州大學研究生徐駿為論文共同第一作者，蘇州大學附屬兒童醫院汪健教授與蘇州大學劉莊教授為共同通訊教授。該研究獲得國家自然科學基金等項目的資助。