苏州大学ACS Nano：活性溶酶体纳米平台通过肿瘤细胞外基质重塑实现铁死亡增强的免疫治疗

背景介绍

纳米颗粒治疗的疗效通常受限于致密肿瘤细胞外基质屏障——ECM与升高的组织间液压力和固体应力共同构成 formidable 屏障，限制纳米颗粒的深部穿透。即使纳米材料经过优化设计，仍倾向于聚集在肿瘤毛细血管附近或表面，无法扩散至肿瘤内部。此外，致密ECM还阻碍免疫细胞浸润和活化，导致免疫抑制微环境。传统的ECM降解策略通常依赖单一外源酶（如胶原酶、透明质酸酶），但ECM的复杂性限制了单一外源酶的疗效。作为细胞内负责大分子降解的细胞器，溶酶体含有多种酸性水解酶，包括组织蛋白酶B、K、L和S等，可降解胶原蛋白和弹性蛋白，且这些酶在分泌至胞外后仍保持活性。因此，溶酶体有望作为天然载体递送纳米颗粒至肿瘤部位，同时保留功能性水解酶用于ECM重塑。

研究思路

针对上述挑战，苏州大学高明远教授、曾剑峰教授与葛剑娴教授团队提出了一种活性溶酶体封装中空介孔普鲁士蓝纳米颗粒平台（L@H）。通过从小鼠肝脏提取溶酶体并与HMPB共挤出制备L@H，保留了溶酶体水解酶（组织蛋白酶B、K、L、S）的活性。该平台通过溶酶体膜增强生物相容性和循环时间，促进肿瘤优先蓄积；到达肿瘤后，保留的溶酶体水解酶降解ECM组分，实现纳米颗粒深部穿透和免疫细胞浸润。在肿瘤实质中，溶酶体膜包被增强细胞摄取，导致铁过载和脂质过氧化驱动的铁死亡，并通过NCOA4介导的铁蛋白自噬进一步放大。蛋白质组学分析揭示了氧化应激增加和肿瘤免疫微环境重塑，DC成熟、CD8⁺T细胞浸润和巨噬细胞极化得以证实。相关内容以 "Active Lysosomal Nanoplatform for Ferroptosis-Enhanced Immunotherapy via Tumor Extracellular Matrix Remodeling" 发表在 《ACS Nano》！

图片解析

图1. L@H的合成与表征： (a) 溶酶体与HMPB共挤出制备L@H示意图。(b) TEM显示HMPB呈均匀球形（~104 nm）。(c) L@H可见明显膜包被结构。(d) R@H作为对照纳米载体。(e-f) DLS和Zeta电位证实成功包被。(g) SDS-PAGE显示L@H和R@H保留各自膜蛋白谱。(h) Western blot证实L@H保留组织蛋白酶B/K/L/S和LAMP1等关键溶酶体蛋白。

图2. L@H的体外ECM穿透能力： (a) 体外扩散实验示意图。(b) DiD标记RBCVs与LYSO内容物或L@H内容物混合后，L@H内容物扩散能力为对照组的3.3倍。(c) 完整LYSO和L@H在ECM模拟凝胶中的扩散结果显示L@H保持持续降解和扩散能力。

图3. L@H在4T1细胞中的细胞摄取和溶酶体靶向效率： (a) CLSM显示L@H处理24 h后DiD荧光强度显著高于R@H。(b) 荧光定量证实L@H摄取效率更高。(c) ICP-MS显示L@H组胞内铁含量约为R@H组的5倍。(d) CLSM共定位分析显示L@H与胞内溶酶体高度共定位（Pearson系数更高）。

图4. L@H的体外细胞毒性和铁死亡诱导机制： (a-c) CCK-8显示L@H对4T1和HepG2细胞呈浓度依赖性细胞毒性（100 μg/mL时细胞死亡率约为HMPB的2倍），而对RAW264.7细胞毒性显著较低。(d) DCFH-DA染色显示L@H处理组ROS水平最高。(e) MDA定量证实L@H组脂质过氧化最严重。(f) Western blot显示L@H下调FTH1和GPX4、上调NCOA4。(g) 机制示意图：溶酶体介导的铁蛋白自噬→胞内Fe²⁺积累→ROS生成→脂质过氧化→铁死亡。

图5. L@H在4T1乳腺癌模型中的体内抗肿瘤疗效： (a) 治疗时间线。(b-d) 肿瘤生长曲线和终点肿瘤照片/重量显示L@H组肿瘤抑制最显著（肿瘤体积远小于PBS、HMPB和R@H组）。(e-h) H&E、Ki67、TUNEL和DHE染色显示L@H组肿瘤细胞凋亡最多、增殖最低、ROS水平最高。(i-j) CD8和颗粒酶B免疫组化显示L@H组CD8⁺T细胞浸润和活化最强。(k) 治疗期间体重无显著变化，提示良好生物安全性。

图6. 蛋白质组学分析揭示铁死亡激活和免疫微环境重塑： (a) 铁死亡相关蛋白相对表达（FTH1下调、Tfrc上调、ACSL4/ALOX15上调）。(b) T细胞激活相关免疫蛋白（Slc3a2上调、Pglyrp1/Ikzf2下调）。(c) GO富集分析显示L@H vs HMPB显著富集免疫和氧化还原相关通路。(d) L@H vs PBS的GO富集显示ECM重塑和免疫激活通路上调。

图7. L@H促进体内DC成熟、CD8⁺T细胞浸润、巨噬细胞极化和促炎细胞因子产生： (a-b) 流式细胞术显示L@H组CD80⁺CD86⁺成熟DC和CD8⁺T细胞比例最高。(c-e) 定量分析证实L@H组成熟DC（约2.5倍于对照）、CD8⁺T细胞（约1.4倍于对照）和M1巨噬细胞比例最高。(f-g) ELISA显示L@H组IL-10降低、TNF-α升高。

结论

本研究开发了一种新型溶酶体负载纳米颗粒系统L@H，利用溶酶体的天然酶学特性促进肿瘤ECM降解、增强纳米颗粒穿透和免疫细胞浸润。体外ECM降解和穿透实验表明L@H具有显著改善的扩散和降解能力。细胞实验揭示溶酶体负载提供了增强的肿瘤细胞靶向和细胞摄取，通过诱导铁蛋白自噬和铁死亡显著增强4T1和HepG2细胞毒性。体内抗肿瘤疗效通过显著抑制肿瘤生长和组织病理学证据得到证实。蛋白质组学和流式细胞术进一步证实了溶酶体负载在增强铁死亡、调节肿瘤免疫微环境和促进抗肿瘤免疫应答中的关键作用。该平台实现了“溶酶体导航→铁死亡诱导→免疫激活”的整合治疗范式，为实体瘤纳米药物治疗提供了新的理论框架。