Biomaterials：中国海洋大学赵峡教授团队发现基于细胞焦亡和STING通路新型复合纳米粒抗癌有点“锰”

细胞焦亡与传统细胞程序性死亡方式—凋亡不同，可以使肿瘤细胞发生“爆炸”彻底释放自身所有相关抗原，从而使肿瘤在免疫系统面前处于一种“暴露”状态，是抗癌阵营中的一支新式武器。然而，肿瘤免疫抑制微环境具有强大的防御力量，会限制细胞焦亡释放的肿瘤相关“情报”向免疫系统呈递，并抑制免疫“攻击部队”细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）向肿瘤的渗透。

近期，中国海洋大学赵峡教授课题组结合基于透明质酸（HA）紫杉醇（PTX）前药与免疫系统的“传令兵”锰离子（Mn²⁺），设计了一种新型复合纳米粒（Mn-HSP）。Mn-HSP一方面可通过细胞焦亡暴露肿瘤“情报”，另一方面可通过“传令兵”Mn²⁺介导的干扰素刺激基因（STING）通路打开肿瘤防御缺口，协助“情报”传递并促进“攻击部队”向肿瘤渗透，进而明显抑制了肿瘤的复发及转移。相关成果以“Circulating immunotherapy strategy based on pyroptosis and STING pathway: Mn-loaded paclitaxel prodrug nanoplatform against tumor progression and metastasis”为题，发表于《Biomaterials》（IF=14.0）。中国海洋大学医药学院2020级博士研究生王炳杰为该论文第一作者，赵峡教授为通讯作者。

【文章要点】

该研究将亲水性HA通过谷胱甘肽（GSH）响应键与疏水性PTX连接，获得前药胶束（HSP）并进一步负载Mn²⁺形成复合纳米粒（Mn-HSP）。HA可与肿瘤细胞表面过表达的CD44受体特异性结合，促进肿瘤细胞对Mn-HSP的摄取。PTX可以通过诱导肿瘤细胞焦亡释放肿瘤相关抗原，增强肿瘤免疫原性，启动抗肿瘤适应性免疫。Mn²⁺可通过激活STING通路释放I型干扰素（IFNs）激活先天性免疫，增强树突状细胞（DCs）抗原的呈递能力以及CTLs的肿瘤浸润，从而实现有效的抗肿瘤免疫治疗（图1）。

图1：Mn-HSP抗肿瘤示意图。（A）Mn-HSP的制备。（B）Mn-HSP诱导焦亡释放肿瘤相关抗原，并通过Mn²⁺激活STING通路释放IFNs。（C）Mn-HSP促进DCs抗原提呈和CTLs的肿瘤浸润，形成循环免疫增强抗肿瘤免疫疗效。

为了评估Mn-HSP的肿瘤靶向能力，该团队将香豆素-6（Cou-6）或细胞膜荧光染料（DiR）作为荧光示踪信号，加载到Mn-HSP中（Mn-HSP@Cou-6或Mn-HSP@DiR）。结果表明，Mn-HSP@Cou-6处理的4T1细胞显示出更高的细胞摄取（图2 A, B），Mn-HSP@DiR可更有效地富集于肿瘤部位（图2 G），证明Mn-HSP具有更好的肿瘤细胞摄取和肿瘤组织靶向递送能力。

体外机制研究表明，Mn-HSP可以显著促进肿瘤细胞“冒泡”（图2 C），并降低caspase 3和GSDME水平，升高cleaved caspase 3和GSDME-N水平（图2 D, E），证明其可有效诱导肿瘤细胞的焦亡。同时，Mn-HSP可以明显促进肿瘤细胞表达IFN-β（图2 F），证明其可以有效激活STING通路。

图2：Mn-HSP体外抗肿瘤作用及机制。（A）Mn-HSP的细胞摄取共聚焦图像。（B）不同抑制剂（氯丙嗪、吲哚美辛和秋水仙碱）处理后Mn-HSP细胞摄取的共聚焦图像。（C）不同制剂处理后4T1细胞的代表性明场图像（黑色箭头表示细胞呈焦亡形态）。不同处理后4T1细胞中GSDME/GSDME-N（D）、caspase-3/cleaved caspase-3（E）和IFN-β（F）的WB分析。（G）静脉注射游离DiR、Mn-ASP@DiR、Mn-HSP@DiR后，不同时间荷4T1小鼠的实时活体图像。

该团队评估了Mn-HSP的体内抗肿瘤作用，治疗方案如图3 A所示。Mn-HSP显示出最佳的肿瘤抑制率（图3 B-E），表明联合细胞焦亡和STING通路有效增强了肿瘤抑制效果。H&E和Tunel染色结果进一步证明，Mn-HSP具有最佳的肿瘤杀伤效果（图3 G, H）。此外，在治疗期间各组小鼠体重无明显变化（图3 F），表明Mn-HSP具有良好的体内安全性。

图3：Mn-HSP对原发肿瘤的体内抗肿瘤作用。（A）抗原发肿瘤的治疗方案。（B）4T1荷瘤小鼠不同处理后24天解剖肿瘤照片。G1-Saline, G2-PTX-Mn, G3-HSP, G4-Mn-ASP, G5-Mn-HSP。（C）不同处理24d后4T1荷瘤小鼠肿瘤体积变化。（D）不同处理后第24天4T1荷瘤小鼠的肿瘤重量。（E）不同处理组小鼠肿瘤的生长曲线。（F）不同处理后小鼠24天的体重变化。不同处理后肿瘤的H&E（G）和Tunel（H）染色图像。

肿瘤复发和转移是导致癌症死亡率居高不下的重要原因。该课题组进一步评价了Mn-HSP的抗肿瘤复发和转移效果。通过构建肿瘤复发（再挑战）模型（图4 A）表明，Mn-HSP治疗组可显著抑制小鼠复发肿瘤的生长（图4 C, D），且给药期间各组小鼠体重均未发生明显变化（图4 B）。另外，该团队在更具侵袭性的肺转移模型中评估了其抗肿瘤转移作用（图4 E）。结果表明，Mn-HSP治疗组可显著降低肺部转移灶的数目（图4 F），具有明显抑制肿瘤肺转移的作用。

图4：Mn-HSP对复发和转移肿瘤的抑制作用。（A）小鼠肿瘤再挑战实验方案。（B）不同治疗组在给药期间的体重变化。（C）各组给药后原发或再挑战肿瘤图像。G1-Saline, G2-PTX-Mn, G3-HSP, G4-Mn-HSP。（D）不同治疗组肿瘤重量统计。G1-Saline, G2-PTX-Mn, G3-HSP, G4-Mn-HSP。（E）肺转移评价示意图。（F）不同治疗组小鼠肺组织的H&E图（绿箭头和黑圈：转移灶）。

【结论】

该团队构建了一种基于PTX和Mn²⁺的新型前药纳米平台Mn-HSP，通过PTX诱导肿瘤细胞焦亡和Mn²⁺激活STING通路将适应性免疫和先天性免疫相结合，触发循环免疫治疗显著抑制了肿瘤的复发和转移，为肿瘤的免疫治疗提供了新思路。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961224000061