陳學思&宋萬通Nano Lett.：基于腫瘤特異性氧化應激增強抗腫瘤免疫的高分子偶聯物

【研究背景】

腫瘤與免疫細胞之間的串擾在腫瘤進展和免疫監測中起著重要作用。免疫細胞如腫瘤相關巨噬細胞（TAM）分泌多種生長因子和細胞因子促進腫瘤細胞增殖，促進細胞擴散，刺激血管生長和血管生成；同時，腫瘤細胞也分泌細胞因子，將免疫細胞的免疫表型調節為免疫抑制型，增強免疫負性調節分子的表達，防止免疫細胞的殺傷。最近的研究發現，某些治療誘導的細胞死亡會引發腫瘤細胞特異性的抗腫瘤免疫力，這可能是許多成功的抗癌干預措施的重要原因之一。這種免疫原性細胞死亡（ICD）通常是治療誘導的廣泛細胞應激的結果，其特征是主動或被動釋放細胞死亡相關分子模式（DAMPs）。 腫瘤浸潤性抗原提呈細胞上的模式識別受體（PRRs）可以感受到這些阻尼，并激活免疫系統以清除腫瘤特異性免疫。如果可以在腫瘤內部選擇性地增強ICD效應，則可以通過免疫監視的恢復來抑制腫瘤的生長，并且可以實現長期抑制以激活腫瘤特異性抗腫瘤免疫力。

【成果簡介】

近日，中科院長春應化所陳學思院士、宋萬通副研究員等人報道了一種合理設計的腫瘤特異性增強氧化應激聚合物偶聯物（TSEOP）以增強抗腫瘤免疫力。通過肉桂醛（CA）、4-甲酰苯硼酸頻哪醇酯和5-異氰戊烯-1-炔的Passerini反應，再與聚（L-谷氨酸）-接枝聚（乙二醇）單甲醚（PLG-g-mPEG）進行疊氮-炔點擊反應制備TSEOP。在腫瘤刺激條件下，CA和醌甲化合物（QM）迅速生成，協同誘導增強氧化應激和內質網壓力、免疫原性腫瘤細胞死亡（ICD）和抗原提呈細胞活化。體內研究表明，TSEOP治療可增強腫瘤特異性抗腫瘤免疫，并根除小鼠大腸和乳腺腫瘤。這項研究對于設計聚合物作為癌癥治療的免疫療法具有一定的啟發意義。該文章近日以題為“Rationally Designed Polymer Conjugate for Tumor-Specific Amplification of Oxidative Stress and Boosting Antitumor Immunity”發表在知名期刊Nano Letters上。

【圖文導讀】

圖一、TSEOP誘導ICD和增強抗腫瘤免疫力

圖二、TSEOP的合成途徑以及CA和QM的刺激響應釋放

（A） TSEOP的合成路線。

（B） 在25℃，100 mM H₂O₂條件下，用¹H NMR法測試PBCA對 H₂O₂的響應解離產生CA和QM（迅速轉變為4-羥基芐醇）。

（C）在不同條件下，TSEOP釋放產生CA的體外釋放曲線。

圖三、TSEOP體外誘導腫瘤細胞氧化應激和ICD

（A）CLSM觀察50 μMCA濃度下PBS、CA、P-CA、TSEOP處理CT26細胞24小時后細胞內的ROS水平。

（B）細胞內活性氧生成的相對定量。

（C）CT26細胞未處理和經50 μM的游離CA、P-CA、TSEOP處理24小時后的GSH水平。

（D）CT26細胞未處理和經PBA濃度為50 μM的游離PBA或P-PBA處理24小時后的細胞GSH水平。

（E）不同CA濃度的CA、P-CA和TSEOP對CT26細胞體外培養24小時的細胞毒性。

（F）不同CA濃度的CA、P-CA和TSEOP對NIH-3T3細胞體外培養24小時的細胞毒性。

（G）CLSM檢測30 μg/mL的CA濃度下CT26細胞與游離CA、P-CA和TSEOP孵育24小時后HMGB1的釋放。

（H）30 μg/mL的CA濃度下CT26細胞與游離CA、P-CA和TSEOP孵育24小時后ATP的釋放。

（I）流式細胞術檢測CT26細胞與游離CA、P-CA和TSEOP在100 μg/mL濃度下孵育4h后的CRT陽性率。

（J）體外DC細胞活化實驗示意圖及流式細胞術結果。

圖四、體內抗腫瘤作用

（A）不同治療后CT26腫瘤荷瘤小鼠的平均腫瘤體積曲線。

（B）不同治療后CT26腫瘤荷瘤小鼠的腫瘤生長曲線。

（C）不同治療結束后CT26腫瘤的流式細胞術結果。

（D）不同治療后4T1腫瘤荷瘤小鼠的平均腫瘤體積曲線。

（E）不同治療后的4T1腫瘤荷瘤小鼠的腫瘤生長曲線。

圖五、免疫接種和再挑戰實驗評估TSEOP誘導的體內腫瘤特異性免疫效應

（A）疫苗接種和再挑戰實驗設計示意圖。

（B）接受各種疫苗接種的小鼠：PBS，CT26細胞，TSEOP-CT26細胞后，再挑戰腫瘤的腫瘤平均體積曲線。

（C）在接受不同的免疫接種后，再挑戰的腫瘤生長曲線。

【結論展望】

綜上所述，作者提出了一種安全有效的利用聚合物基療法來抑制腫瘤生長和增強腫瘤免疫治療。通過合理設計的結構，TSEOP可以特異性地協同增加腫瘤細胞的氧化應激，從而在不殺死正常細胞的情況下，對腫瘤細胞產生有效的ICD。體內實驗結果表明，單獨使用TSEOP治療即可同時根除CT26結腸癌和4T1三陰性乳腺癌。進一步研究表明，TSEOP能有效激活體內免疫系統，使CD3⁺CD8⁺T細胞增多，并激活了DC細胞和M1型巨噬細胞的浸潤。疫苗接種和再挑戰實驗證實TSEOP可誘導體內腫瘤特異性抗腫瘤免疫。TSEOP具有良好的腫瘤選擇性和抗腫瘤效果，為設計基于聚合物的腫瘤免疫治療提供了一種新的途徑，也可能成為一種安全、經濟的腫瘤免疫治療方法。

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

課題組簡介：

中科院長春應化所陳學思研究員：中國科學院院士，課題組長，近年來主要從事生物醫用高分子材料、組織工程和再生醫學、藥物緩控釋載體材料、聚氨基酸水凝膠、聚乳酸產業化等方向的研究。在SCI學術期刊上發表論文700余篇；獲授權中國發明專利150余項。現任中國科學院長春應用化學研究所學術委員會副主任，中國科學院生態環境高分子材料重點實驗室學術委員會副主任，2016年入選國際生物材料與工程聯合會會士，2020年當選2019年中國科學年度新聞人物。擔任美國化學會期刊《ACS Applied Biomaterials Science & Engineering》副主編，擔任國際學術期刊《Journal of Controlled Release》，《Advanced Healthcare Materials》，《Acta Biomaterialia》，《Biomacromolecules》等編委。

課題組主頁：http://www.biopolymer.cn

中科院長春應化所宋萬通副研究員：2008年本科畢業于南京大學應用化學系，2013年在中國科學院大學獲得博士學位（導師：陳學思院士），之后留所工作；2016年到2018年赴美國北卡羅來納大學教堂山分校藥學院進行博士后研究（導師：Leaf Huang教授）。目前主要從事免疫治療與高分子材料交叉方向的研究工作，以第一/通訊作者在Nature Nanotechnology, Nature Communications, Advanced Materials, ACS Nano, Nano Letters, Biomaterials等雜志發表研究論文及綜述60余篇，獲得2018年度美中抗癌協會&亞洲癌癥研究基金會青年學者獎，2019年度中美納米醫學與納米技術學會未來之星獎，擔任中國生物醫學工程學會納米醫學與工程分會青年委員，2019年入選中國科學院青年創新促進會。

本文由大兵哥供稿。

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