【Nature子刊】突破性！中科院肖海华团队研发细胞膜靶向聚合物，开辟抗肿瘤新途径！

2024年7月17日， 中科院化学研究所肖海华团队在期刊《Nature Communications》上发表了题为“Nanoparticles destabilizing the cell membranes triggered by NIR light for cancer imaging and photo-immunotherapy”的研究论文。本研究为利用外部刺激，对阳离子电荷屏蔽纳米粒子的时空控制，提供了范式。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-50020-w

研究背景

 01 

化疗和分子靶向治疗，仍然是主要的临床癌症治疗方式。尽管它们通过DNA损伤、抑制新陈代谢、抗血管生成等，具有卓越的抗肿瘤功效，但这些治疗方式通常与严重毒性、不令人满意的治疗效果，以及肿瘤多药耐药性的发展等局限性有关。这导致迫切需要开发具有更好益处的替代治疗方式。为了克服传统抗癌药物的局限性，近年来，广泛开发了聚合物药物偶联物和基于聚合物的药物递送系统。

最近，光动力疗法（PDT）因其微创肿瘤治疗方式，而引起了人们的极大兴趣，特别是在肿瘤学领域。越来越多的证据，阐明了PDT在肿瘤细胞中引发免疫原性细胞死亡（ICD）的巨大能力，从而促进了增强光免疫治疗的潜力。然而，在大多数情况下，PDT诱导的ICD效应，不足以唤起有效的免疫反应，以实现治疗目的。因此，光敏剂和阳离子聚合物的同时递送，在增强免疫反应方面具有巨大的潜力。

在本研究中，团队开发了阳离子抗肿瘤抗癌纳米颗粒（表示为mt-NP），可以在PDT、光免疫疗法和NIR-II荧光生物成像的近红外光照射下，特异性锚定和破坏细胞膜的稳定性。纳米颗粒中的胆固醇，特异性地靶向和锚定细胞膜，然后在近红外照射下产生大量的ROS，通过激活强烈的免疫反应，来破坏癌细胞膜的稳定性并对抗肿瘤。

研究进展

 02 

mt-NP的体外评价

mt-NP照射10分钟，在细胞膜上显示出强烈的红色荧光。但是，mt-NP辐照0、1和5分钟，红色荧光可忽略不计。荧光信号的定量表明，mt-NP照射10分钟，显示出强烈的红色荧光。近红外光可以诱导ROS的产生，并触发mt-NP的解离，释放PMT靶向，并破坏细胞膜。

mt-NP的细胞毒性，通过3-（4,5-二甲基噻唑-2-基）−2,5-二苯基四溴化锑（MTT）测定法，评估小鼠结肠癌细胞系CT26。结果表明，NPL和mt-NP在低IC下，表现出强大的抗癌活性值。用PBS和NP处理的3D肿瘤细胞球体，绿色荧光较强（钙黄绿素-AM，细胞存活），红色荧光（碘化丙啶，细胞死亡）很少，表明NP无明显毒性。特别是，用mt-NP处理的3D肿瘤细胞球，显示出比NP更多的红色荧光，这可能是由于mt-NP的阳离子性质。相比之下，NP和mt-NP的抗癌功效最高，强红色荧光信号证明了这一点。mt-NP可成功释放阳离子聚合物PMT，破坏细胞膜。

mt-NP的体外评价

mt-NP的体内评估疗法

注射后肿瘤内的荧光强度持续升高，在7小时达到峰值。肿瘤的荧光强度分别是心脏、脾脏、肺和肾脏的2.3、1.6、1.8和1.6倍，表明mt-NP具有明显的肿瘤靶向能力。

用NP治疗的小鼠，表现出对肿瘤生长的部分抑制，肿瘤抑制率为68%。相比之下，mt-NP的肿瘤抑制率超过90%，表明mt-NP显著抑制肿瘤进展。阳离子聚合物还通过破坏体内细胞膜，表现出抗肿瘤活性。此外，所有动物都没有表现出任何疼痛或压力的迹象，它们的体重保持稳定。

mt-NP不仅活化了T细胞，还增加了肿瘤内CD8 T细胞的浸润。此外，光免疫疗法通过将具有免疫抑制表型（M2）的巨噬细胞，转化为具有免疫刺激表型（M1）的巨噬细胞，证明能够重新编程免疫抑制性肿瘤微环境（TME），从而释放抗肿瘤细胞因子。mt-NP有效地重编程了免疫抑制性TME。总之，mt-NP具有激活全身抗肿瘤免疫和逆转肿瘤免疫，抑制TEM的潜力。

mt-NP消除远处肿瘤，并诱导长期免疫记忆效应。

研究结论

 03 

团队证明了纳米颗粒mt-NP的近红外光活化，可用于破坏NIR-II荧光生物成像、PDT和光免疫治疗的细胞膜稳定性。此外，mt-NP显著影响细胞周期、DNA复制、同源重组，以及各种免疫和炎症相关信号通路。这些通路，包括MAPK信号通路、NF-κB、Toll样受体、化学致癌-DNA 加合物、细胞因子-细胞因子受体相互作用、IL-17、FoxO信号通路，以及抗原加工和呈递信号通路。

mt-NP可有效根除CT26细胞。mt-NP主要通过引起膜裂解，在短短几分钟内，诱导癌细胞的快速坏死。mt-NP表现出适用于NIR-II生物成像的出色NIR-II荧光信号。mt-NP在抑制CT26肿瘤生长方面非常有效，没有明显的副作用。mt-NP能够募集DC，增强TME中抗原特异性CTL的存在，并重编程免疫抑制性TME，从而触发抗肿瘤免疫反应。本研究说明了，其用于NIR-II荧光生物成像、PDT和光免疫疗法的细胞膜不稳定的策略。

参考资料：

1.Debaugnies, M. et al. RHOJ controls EMT-associated resistance to chemotherapy. Nature 616, 168–175 (2023).

2.Song, Y. et al. First-line serplulimab or placebo plus chemotherapy in PD-L1-positive esophageal squamous cell carcinoma: a randomized, double-blind phase 3 trial. Nat. Med. 29, 473–482 (2023).