中科院上海药物研究所Adv. Mater.: 利用光诱导纳米颗粒自增强药物递送来增强癌症的免疫治疗

【背景介绍】

众所周知，针对PD-L1或PD-1的免疫检查点阻断（ICB）癌症免疫疗法已经在临床上取得显著成功并受到广泛关注。然而，由于对ICB治疗的内在抗性，癌症免疫疗法存在响应率低和治疗功效有限的缺点。其中，免疫抑制肿瘤微环境（ITM）是导致ICB治疗耐受的主要原因。尽管阿霉素（DOX）等化疗药物、PDT和PTT等治疗手段也可以诱导肿瘤细胞的免疫原性细胞死亡（ICD），引发免疫应答。但是ITM和适应性免疫抗性严重抑制ICD激发的级联抗肿瘤免疫效应。

【成果简介】

最近，中国科学院上海药物研究所于海军研究员和李亚平研究员联合报道了一种用于免疫治疗的光诱导纳米颗粒（LINC）。其中，LINC由光敏剂脱镁叶绿素A（PPa）、吲哚胺-2，3-双加氧酶-1（IDO-1）抑制剂（NLG919）二聚体和奥沙利铂（OXA）前药组成。通过静脉内注射的LINC积聚在肿瘤部位以产生近红外（NIR）荧光信号。在荧光成像指导下，进行第一次近红外激光照射诱导产生活性氧（ROS）导致聚乙二醇（PEG）裂解，促进纳米粒子在肿瘤处的滞留和深度穿透。第二次NIR激光照射时，LINC有效地引发免疫应答并促进细胞毒性T淋巴细胞（CTL）的肿瘤内浸润。此外，LINC递送的NLG919可有效抑制IDO-1活性，逆转免疫抑制性肿瘤微环境。LINC介导的化学免疫疗法抑制肿瘤生长、肺转移和肿瘤复发。该研究方法为改善药物递送和免疫疗法的光诱导自放大效应提供了新策略。研究成果以题为“Self-Amplified Drug Delivery with Light-Inducible Nanocargoes to Enhance Cancer Immunotherapy”发布在国际著名期刊Adv. Mater.上。

【图文解读】

图一、NIR诱导LINC的自放大药物递送和组合免疫疗法示意图
（a）光诱导前药纳米颗粒LINC的制备；

（b）LINC诱导肿瘤免疫原性、克服免疫抑制性肿瘤微环境改善药物递送和化学免疫疗法的原理示意图。

图二、体外化学物理性质、ICD效应和LINC的IDO-1抑制活性
（a）激光和GSH激活LINC示意图；

（b-c）有无671 nm激光照射LINC的流体动力学直径和代表性TEM图像；

（d）在10×10^-3 M的GSH溶液中LINC的流体动力学直径和代表性TEM图像;

（e-f）NLG919和LINC在不同条件下的Pt释放曲线；

（g）CLSM检测体外4T1细胞中LINC或LINCL的细胞内分布；

（h-i）细胞内摄取的流式细胞术和体外4T1细胞中LINC或LINCL的光活性；

（j-k）LINC诱导的CRT暴露和HMGB1释放4T1细胞；

（l）由LINC处理的4T1细胞刺激的DC成熟的流式细胞数据；

（m）Kyn抑制图;

（n）LINC的IDO-1抑制活性评价；

（o-p）LINC的IC₅₀和细胞存活率；

（q）通过LINC介导的组合疗法处理的4T1细胞的细胞存活率。

图三、LINC在体内的药代动力学特征和生物分布
（a）静脉注射后LINC的药代动力学特征；

（b）注射2 h后，静脉内施用LINC和激光照射后体内荧光成像和光声成像的示意图；

（c-d）注射LINC后，4T1肿瘤小鼠荧光成像和体内的荧光强度变化；

（e）LINC的器官荧光分布；

（f-g）注射LINC后，4T1肿瘤小鼠的光声成像和体内信号强度变化；

（h）CLSM检查LINC的肿瘤内分布；

（i）CLSM检测注射24 h后和第二次激光照射瘤内产生的ROS。

图四、LINC介导的联合免疫治疗4T1荷瘤BALB/c小鼠模型
（a）LINC介导的联合免疫疗法的治疗方案；

（b）指定治疗后，4T1荷瘤小鼠的肿瘤生长曲线；

（c）抗肿瘤结束时，4T1肿瘤小鼠的肺转移结节的数目；

（d）抗肿瘤结束时，肺部的H＆E染色；

（e-f）LINC诱导的CRT表达和体内HMGB1释放；

（g）体内引流LN中LINC加速的DC成熟；

（h）细胞毒性CD8+ T细胞的瘤内浸润；

（i）LINC诱导的体内肿瘤细胞中的IDO-1表达；

（j）抗肿瘤结束时，检查瘤内Kyn与Trp的重量比；

（k）Tregs的瘤内浸润；

（l）抗肿瘤结束时，肿瘤块中CD8⁺ T细胞与Tregs的比率。

图五、联合治疗诱导的长期免疫记忆效应
（a）通过皮下注射1×10⁶ 4T1肿瘤细胞或静脉内注射5×10⁵ 4T1-Luc肿瘤细胞进行LINC介导的联合治疗和肿瘤再攻击的时间表；

（b）指定的处理后， 4T1肿瘤小鼠中再次攻击的肿瘤生长曲线；

（c-d）在BALB/c小鼠中注入5×10⁵ 4T1-Luc细胞后，肺转移的BLI和小鼠的存活率；

（e）肿瘤再激发前一天脾脏中TEM和流式细胞术分析；

（f）在指定的治疗后，4T1肿瘤小鼠收集的脾脏中效应记忆T细胞（TEM）和记忆T细胞（TCM）百分比；

（h-i）抑瘤试验后荷4T1肿瘤小鼠血清中IFN-γ和TNF-α细胞因子分泌情况。

【小结】

综上所述，作者报道了可用于成像引导和自放大药物递送和组合免疫疗法的NIR光诱导前药纳米颗粒LINC。在肿瘤特异性荧光成像引导下，第一次NIR激光照射显著增加肿瘤保留和肿瘤块中的深度穿透。第二次NIR激光照射时，LINC引发高效的抗肿瘤免疫原性并促进CTL的肿瘤内浸润。LINC递送的NLG919可抑制IDO-1活性，从而逆转ITM。LINC介导的免疫联合治疗显着抑制肿瘤生长和肺转移。此外，LINC诱导持续的免疫记忆以防止肿瘤复发。总之，该研究初步证明光诱导自放大策略在改善药物递送效率和提高癌症免疫疗法方面的潜力。

文献链接：Self-Amplified Drug Delivery with Light-Inducible Nanocargoes to Enhance Cancer Immunotherapy（Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201902960）

本文由CQR编译。

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