深圳大学ACS Nano：PD-1呈递纳米乳液协同剥夺葡萄糖和乳酸用于增强抗肿瘤免疫治疗

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背景介绍

免疫检查点阻断疗法在癌症治疗中取得了突破性进展，但大多数患者对ICB治疗无响应，主要原因是肿瘤呈现免疫学“冷”表型，其特征是T细胞浸润不足和免疫抑制性肿瘤微环境。肿瘤代谢重编程，特别是Warburg效应导致的过度有氧糖酵解和乳酸堆积，不仅促进肿瘤增殖，还上调PD-L1等免疫检查点分子、剥夺浸润T细胞的葡萄糖，同时乳酸抑制CD4⁺和CD8⁺ T细胞的效应功能并驱动肿瘤相关巨噬细胞向免疫抑制表型极化。因此，同时剥夺葡萄糖和乳酸是逆转肿瘤免疫抑制、增强ICB响应的有前景策略。葡萄糖氧化酶和乳酸氧化酶可分别催化葡萄糖和乳酸氧化，但两者均为氧依赖性酶，在肿瘤乏氧微环境中活性严重受限，且其耗氧会进一步加剧乏氧。

研究思路

针对上述挑战，深圳大学的黄鹏教授团队设计了一种仿生纳米乳液（FGL@PM），将GOx、LOx和全氟三丙胺共封装于PD-1呈递的细胞膜壳内，实现了葡萄糖和乳酸协同剥夺策略与PD-1/PD-L1阻断的联合。FTPA作为氧载体可缓解肿瘤乏氧并支持酶催化反应；表面暴露的PD-1不仅阻断肿瘤细胞上的PD-L1，还促进纳米乳液主动内化。内化后，GOx和LOx依次催化葡萄糖和乳酸氧化，生成大量H₂O₂，同时破坏糖酵解通量和乳酸积累。生成的H₂O₂可通过NF-κB通路激活和促炎细胞因子释放进一步增强抗肿瘤免疫。该GLCD策略在单侧和双侧皮下4T1乳腺肿瘤模型中有效抑制肿瘤生长，同时损害糖酵解和氧化磷酸化，增强抗原提呈，促进抗肿瘤T细胞浸润。相关内容以Glucose and Lactate Cooperatively Deprived by a PD-1-Presenting Nanoemulsion for Potentiated Antitumor Immunotherapy发表在ACS Nano！

图片解析

Scheme 1. FGL@PM纳米乳液示意图： (A) FGL@PM的构建：FTPA、GOx和LOx共封装于PD-1呈递细胞膜壳内。(B) GLCD策略机制：PD-1介导肿瘤靶向和免疫检查点阻断，FTPA供氧维持酶催化，消耗葡萄糖和乳酸并产生H₂O₂，触发免疫原性细胞死亡，激活抗肿瘤T细胞免疫。

图1. FGL@PM的表征： (a) TEM图像：FGL、PM和FGL@PM。标尺：100 nm。(b) Western blot：PM和HM中PD-1蛋白表达。(c) DLS粒径分布。(d) H₂O和FGL氧含量（有无3 min充氧）。(e) 不同葡萄糖浓度下GOx和FGL@PM的H₂O₂生成量。(f) 对应pH变化。(g) 不同乳酸浓度下LOx和FGL@PM的H₂O₂生成量。(h) 对应pH变化。

图2. 体外GLCD策略： (a) 12 h后4T1细胞ROS产生（H₂DCFDA绿色荧光）。标尺：50 μm。(b) 胞内葡萄糖水平。(c) 胞内乳酸水平。(d) 常氧条件下细胞活力。(e) 乏氧条件下细胞活力。(f) Annexin V-FITC/PI凋亡流式图。(g) GSSG/GSH比值。(h) 脂质过氧化物荧光图像（绿色/红色比值）。(i) 实时OCR（OXPHOS指标）。(j) 实时ECAR（糖酵解指标）。

图3. 4T1细胞转录组分析： (a) FG、FL、FGL处理组差异表达基因Venn图。(b) 火山图。(c) GO富集分析。(d) KEGG通路富集分析。(e) 差异表达基因热图。

图4. 4T1细胞非靶向代谢组学分析： (a) 不同处理组差异代谢物Venn图。(b) PCA主成分分析。(c) 显著差异代谢物热图。(d) FGL vs 对照的KEGG通路富集。(e-h) 代表性胞内代谢物（葡萄糖酸、谷氨酸、谷胱甘肽、天冬氨酸）定量。

图5. 体内荧光/光声成像： (a) IR800标记FGL@PM静脉注射后48 h内活体荧光图像。(b) 荧光强度定量。(c) 24 h后离体器官荧光图像。(d) 荧光强度定量。(e) 肿瘤部位3D光声图像（氧合状态）。(f) O₂含量定量。

图6. 单侧皮下4T1荷瘤模型治疗效果： (a) 肿瘤生长曲线（箭头指示给药时间）。(b) 肿瘤照片。(c) 肿瘤重量。(d) H&E染色（标尺：100 μm）。(e) Ki67免疫组化。(f) HIF-1α免疫组化。(g) TUNEL染色。

图7. 双侧皮下4T1荷瘤模型ICB增强效果： (a) 治疗流程示意图。(b) 肿瘤生长曲线。(c) 肿瘤重量。(d) 引流淋巴结中成熟DC（CD80⁺CD86⁺）流式图。(e) 肿瘤组织中Treg细胞（CD4⁺Foxp3⁺）流式图。(f) 肿瘤组织中辅助T细胞（CD4⁺）和细胞毒性T细胞（CD8⁺）流式图。(g) 远端肿瘤CD4（绿）和CD8（红）共聚焦图像，标尺：100 μm。

结论

本研究成功开发了一种仿生纳米乳液FGL@PM，将PD-1介导的ICB与葡萄糖和乳酸协同剥夺策略相结合，用于增强癌症免疫治疗。通过共包封GOx、LOx和氧载体FTPA于PD-1呈递细胞膜内，该系统在缓解肿瘤乏氧的同时实现了GLCD策略。表面锚定的PD-1蛋白不仅阻断PD-1/PD-L1轴以逆转T细胞耗竭，还促进纳米乳液的主动肿瘤靶向和细胞摄取。FTPA作为氧储备维持GOx和LOx的催化活性，克服了酶疗法的乏氧限制。GOx和LOx高效催化瘤内葡萄糖和乳酸氧化，导致能量剥夺和H₂O₂爆发。生物能量学分析证实GLCD策略深刻破坏糖酵解和OXPHOS通路，诱导严重代谢应激。在单侧和双侧4T1乳腺肿瘤模型中，FGL@PM介导的GLCD策略联合ICB通过促进肿瘤细胞凋亡和坏死、增强树突状细胞成熟、减少调节性T细胞群、促进细胞毒性T细胞浸润，实现了强效肿瘤抑制。FGL@PM具有良好的生物相容性和低系统性毒性。该研究突出了同时靶向葡萄糖和乳酸代谢以增强癌症免疫治疗的巨大潜力，为克服免疫学冷肿瘤耐药性提供了有前景的转化策略。