南方医科大学东莞医院喻志强、杨媛媛／纳米中心梁兴杰ACS Nano：双重协同效应

　　

　　基于光敏剂的光动力疗法（PDT）可导致细胞内活性氧（ROS）的累积，引发免疫原性细胞死亡（ICD）效应，最终促进细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）的肿瘤渗透，引起免疫应答。然而，由于肿瘤内存在多种与谷氨酰胺代谢相关的防御机制会削弱单用PDT引起的免疫效果，例如肿瘤异常的谷氨酰胺代谢导致的细胞内高水平谷胱甘肽（GSH）能迅速清除光动力治疗产生的ROS，从而削弱ICD效应，此外异常的谷氨酰胺代谢造成的免疫抑制肿瘤微环境（ITM）会进一步削弱PDT的免疫效果。因此，一种既能破坏氧化还原动态平衡以增强ICD效应又能逆转肿瘤免疫抑制微环境的简单策略是提高光动力疗法免疫治疗效果的关键。

　　

　　近日，南方医科大学东莞医院喻志强教授课题组和国家纳米科学中心梁兴杰研究员课题组在不额外添加药物载体的情况下，利用谷氨酰胺酶抑制剂化合物968（C968）和光敏剂二氢卟吩e6（Ce6）的分子间相互作用通过自组装构建了一种具有双重协同效应的无载体纳米药物（命名为C9SN）用于增强乳腺癌的免疫治疗。其中C968可以通过阻断谷氨酰胺代谢来减少GSH的产生，从而破坏肿瘤细胞内氧化还原动态平衡，防止PDT产生的ROS被细胞中过量的GSH清除，以解决单用PDT引起的肿瘤免疫原性不足的问题。此外，通过C968抑制谷氨酰胺代谢来实现谷氨酰胺剥夺还可以增强M1巨噬细胞的表型和功能，同时降低M2巨噬细胞的表型和功能，从而逆转ITM，进一步提高PDT的免疫治疗效果。相关成果以“Carrier-Free Immunotherapeutic Nano-Booster with Dual Synergistic Effects Based on Glutaminase Inhibition Combined with Photodynamic Therapy”为题发表在《 ACS Nano》上，南方医科大学药学院硕士研究生麦梓毅、南方医科大学皮肤病医院医生钟静、南方医科大学东莞医院博士后张佳思为本文共同第一作者，南方医科大学东莞医院喻志强教授为本文末位通讯作者，南方医科大学附属东莞医院博士后杨媛媛、国家纳米科学中心梁兴杰研究员为本文共同通讯作者。

　　

　　【文章要点】

　　一、纳米药物的体外抗肿瘤效果

　　治疗药物在自组装成纳米颗粒后能更多地被细胞摄取。C9SN被4T1乳腺癌细胞内吞后，能有效抑制4T1细胞的GLS活性，从而有效降低细胞内GSH水平。激光照射后，C9SN能引发光动力治疗效果，显著提高细胞内ROS水平。纳米药物引起的GSH水平的降低和ROS水平的升高协同性地放大了细胞内氧化应激。随后，通过MTT试验研究了纳米药物对4T1细胞增殖的影响，结果表明由于C9SN + L能最大限度地放大氧化应激，因此能最有效地抑制细胞增殖。随后检测了纳米药物引起的细胞凋亡，与MTT结果一致，C9SN + L引起的细胞凋亡比例最高，治疗效果最好。此外还进一步进行了活/死细胞染色试验， C9SN + L能引起4T1细胞大部分死亡。综上所述，自组装的C9SN纳米药物由于改善了治疗药物的细胞摄取和引起了细胞内氧化应激的放大，在体外表现出强大的肿瘤抑制作用。

　　

　　图1 C9SN + L诱导肿瘤细胞氧化应激扩增和高细胞毒性

　　二、纳米药物引起的ICD效应与树突状细胞（DC）成熟

　　激光照射后，C9SN在体内外均能引起强烈的ICD效应，表现在标志物CRT增多和HMGB1的减少。C9SN + L通过放大细胞内氧化应激诱导ICD效应增强，能有效地促进树突状细胞（DCs）的成熟，4T1荷瘤小鼠经C9SN + L治疗后淋巴结中CD80 +CD86 + DCs占总DCs的比例达到50.7%，为PBS组的4倍。总的来说，C9SN + L通过放大细胞内氧化应激不仅导致了严重的细胞死亡，还增强了PDT引发的ICD效应，从而增强了肿瘤的免疫原性。

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　　图2 C9SN + L在体外和体内均能增强ICD效应

　　三、纳米药物的体内抗肿瘤效果

　　建立单侧4T1荷瘤BALB/c小鼠模型，通过尾静脉注射C9SN后对小鼠进行激光照射，通过肿瘤生长曲线能看出PBS组平均肿瘤体积在16天后增加至900 mm 3, 而C9SN + L治疗后显著抑制至50 mm 3，证明了纳米药物能有效抑制肿瘤生长。此外构建了双侧肿瘤模型以评估纳米药物引起的全身性免疫效应，为避免C9SN经血液循环到达远测肿瘤，通过瘤内注射C9SN，随后对小鼠的近侧肿瘤进行激光照射，对近侧肿瘤进行治疗后引起的全身性免疫效应同时抑制了双侧肿瘤生长。

　　

　　图3 C9SN + L对4T1荷瘤小鼠的治疗作用

　　四、纳米药物引起体内免疫激活效应的评价

　　为了进一步探讨纳米药物抗肿瘤免疫治疗的潜在机制，研究了一些基本的免疫过程，包括TAMs的极化、T细胞的浸润以及细胞因子的释放，证明了C9SN能使M2型巨噬细胞极化为M1型，巨噬细胞的极化协同强烈的ICD效应促进了双侧肿瘤组织中CD8 +T细胞的浸润，并引起了血清中TNF-α、IFN-γ和IL-6的上调以及IL-10的下调。

　　

　　图4 C9SN + L对4T1荷瘤小鼠的免疫激活作用

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　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c11037

　　来源：高分子科学前沿

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