针对肿瘤酸中毒的双重代谢重构机制以及腺苷的作用,通过激活CD8+ T淋巴细胞来增强放射免疫疗法的效果

时间:2026年2月1日
来源:Nano Today

编辑推荐:

pH响应纳米片通过中和肿瘤酸中毒和阻断腺苷代谢增强放疗免疫效应,同时Mn²⁺激活cGAS-STING通路协同抗肿瘤免疫。

广告
   X   

郝江|王欣|蔡宪洲|张金桥|孔芳功|范琴|董子亮
山东省科学院齐鲁工业大学轻工业学院,绿色造纸与资源回收国家重点实验室,中国济南250353

摘要

肿瘤酸中毒和腺苷(ADO)的积累是导致T细胞耗竭、抑制细胞毒性和产生放射抵抗性的关键代谢异常,这对实体瘤治疗构成了重大障碍。为了解决这一问题,我们设计了一种pH响应性的双氢氧化物纳米片,该纳米片负载了CD73抑制剂PSB-12379(记为LDH@PSB),用于同时中和酸中毒和阻断ADO。在微酸性条件下(pH约6.5),这些纳米片会迅速降解,从而提高细胞外pH值并释放PSB-12379,以抑制辐射诱导的CD73上调和ADO的产生。这种双重干预通过增加细胞毒性介质的表达(如IFN-γ、颗粒酶B)和减少耗竭标志物(如PD-1、TIGIT)来恢复T细胞功能。同时,LDH@PSB释放的Mn²⁺离子激活了干扰素基因的环GMP-AMP合成酶刺激剂(cGAS-STING)通路,与放射治疗诱导的免疫细胞死亡协同作用,增强抗肿瘤免疫力。在B16F10黑色素瘤和CT26结肠癌小鼠模型中,LDH@PSB联合放射治疗显著抑制了肿瘤生长,延长了生存期,并增加了具有增强细胞毒性的肿瘤浸润CD8⁺ T细胞。与抗PD-1疗法结合使用进一步诱导了系统性免疫,以根除远处肿瘤。这一策略同时缓解了肿瘤酸中毒,破坏了ADO介导的免疫抑制,并激活了cGAS-STING信号通路,为增强放射免疫疗法提供了一种有效的方法。

引言

肿瘤的代谢重编程表现为糖酵解失调和线粒体功能障碍,这导致了深刻的肿瘤微环境重塑,从而引发免疫逃逸和治疗抵抗[1]、[2]、[3]、[4]。代谢转变不仅耗尽了氧气和营养物质,还引发了严重的缺氧,触发了缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)的稳定[5]、[6]。越来越多的证据表明,HIF-1α可以驱动CD73的过度表达,CD73是腺苷能途径中的关键外酶,它催化细胞外ATP转化为具有免疫抑制作用的ADO[7]、[8]、[9]、[10]。ADO通过与细胞毒性T细胞和自然杀伤(NK)细胞上的A2A受体结合来抑制抗肿瘤免疫,同时扩增调节性T细胞(Tregs)和髓源性抑制细胞(MDSCs),从而加剧了免疫抑制的肿瘤微环境[11]、[12]、[13]、[14]。矛盾的是,传统的疗法如放射治疗(RT)虽然在癌细胞中诱导DNA损伤,但也会通过DNA损伤-ATR-Chk1-STAT3信号通路上调CD73表达,在存活的肿瘤细胞中继续发挥作用,从而创造了一个富含ADO的环境,促进肿瘤转移和复发,并限制了治疗效果[15]、[16]、[17]。RT介导的免疫抑制性CD73表达上调突显了破坏CD73-腺苷轴以增强放射免疫疗法效果的关键性需求。
同时,实体瘤的代谢紊乱还导致了细胞外酸中毒,其特征是乳酸和质子的积累[18]、[19]、[20]。酸性pH值(6.5–7.0)直接损害了免疫细胞的功能,包括树突状细胞的成熟和T细胞受体信号传导,同时促进了肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)向免疫抑制的M2表型的极化[21]、[22]、[23]、[24]。此外,酸中毒通过增强HIF-1α活性稳定了CD73的转录,与缺氧协同作用,进一步增加了腺苷的产生[25]、[26]、[27]。尽管传统的RT在局部肿瘤控制方面有效,但它通过增加耐放射细胞的糖酵解通量和破坏血管完整性无意中加剧了酸中毒,进一步限制了氧气扩散并加重了缺氧[28]、[29]。迄今为止,已经开发了许多中和酸中毒的策略[30]、[31],包括针对乳酸转运蛋白(如单羧酸转运蛋白MCTs)[32]、[33]和质子通道蛋白(如V-ATPase)[34]、[35]、[36]的小分子抑制剂。此外,一些具有“质子海绵”效应的纳米颗粒,包括碳酸钙(CaCO₃)[37]、[38]、[39]、[40]和二氧化锰(MnO₂)[41]、[42],已被设计用于中和肿瘤区域内的过量质子,并显示出恢复放射敏感性的潜力。考虑到肿瘤微环境是动态重塑的,需要组合调节代谢重编程以实现持久的治疗效果。
层状双氢氧化物(LDH)纳米片是一类阴离子粘土材料,由于其独特的特性(包括多样的药物装载能力、酸响应性生物降解性和质子海绵效应[43]、[44]、[45]),已成为一种非常有前景的纳米平台。在这项工作中,我们开发了负载CD73抑制剂PSB-12379的多功能Mn/Al层状双氢氧化物纳米片(LDH NSs),用于同时中和肿瘤酸中毒和阻断ADO,以增强放射免疫疗法。LDH@PSB表现出pH响应性降解,有效释放PSB-12379并将肿瘤pH值从约6.5提高到约7.0。这种酸度的缓解增强了辐射诱导的凋亡和免疫细胞死亡,增加了细胞外ATP。释放的PSB-12379抑制了辐射诱导的CD73上调,阻止了ATP水解为免疫抑制性的ADO。同时,LDH@PSB释放的Mn²⁺离子激活了cGAS-STING通路,协同作用以缓解肿瘤免疫抑制并增强抗肿瘤免疫力。在B16F10和CT26肿瘤模型中,LDH@PSB联合放射治疗显著抑制了肿瘤生长并延长了生存期。与抗PD-1疗法结合使用进一步引发了系统性免疫效应,增强了树突状细胞的成熟、细胞毒性T细胞的浸润,并逆转了免疫抑制。这种组合还诱导了持久的抗原特异性免疫反应,以抑制远处肿瘤的生长。我们的策略通过破坏酸中毒-ADO轴和激活STING信号通路,有效克服了放射抵抗性,为增强放射免疫疗法提供了一种有前景的方法。

LDH@PSB纳米片的制备和表征

首先通过传统的共沉淀方法在最佳条件(MnAl = 3/1)合成了微碱性的Mn/Al LDH纳米片,然后利用静电相互作用将其加载PSB-12379(图1A)[46]。透射电子显微镜(TEM)成像显示,制备的LDH NSs呈现出典型的六边形,平均粒径约为90.5 nm(图1B)。从高角度环形暗场扫描TEM(HAADF-STEM)获得的元素图谱证实了这一点

结论

总之,我们开发了一种pH响应性的双金属纳米片,该纳米片负载了CD73抑制剂PSB-12379,用于同时中和肿瘤酸中毒和阻断ADO介导的免疫抑制轴。LDH@PSB纳米片在酸性肿瘤微环境中迅速降解,提高了细胞外pH值,同时释放PSB-12379以抑制辐射诱导的CD73上调,从而防止ATP水解为免疫抑制性的ADO。同时,LDH@PSB释放的Mn²⁺离子激活了cGAS-STING通路,

试剂和化学品

四水合氯化锰(MnCl₂·4H₂O)、六水合氯化铝(AlCl₃·6H₂O)、氢氧化钠(NaOH)和聚维酮(分子量30000)购自北京中 Pharm 化学试剂有限公司。3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯四唑溴化物(MTT)购自上海Macklin公司。PBS购自北京Solarbio公司。抗-CRT和抗-HMGB1抗体购自Proteintech公司。DNA损伤检测试剂盒购自...

CRediT作者贡献声明

张金桥:方法学、研究。孔芳功:可视化、方法学、研究。王欣:监督、研究、资金获取、概念化。蔡宪洲:方法学、研究、数据管理。郝江:撰写——初稿、方法学、研究、正式分析、数据管理。范琴:可视化、研究、数据管理。董子亮:撰写——审稿与编辑、监督、资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金(编号52302350)、山东省自然科学基金(编号ZR2024QC370、ZR2024MB043)、山东省青年创新团队(2024KJH055)、国家重点实验室建设重大科研项目(编号2025ZDGZ02)和山东省泰山学者计划(tsqn202312237)的支持。我们还要感谢app.Biorender.com提供用于创建...

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有