陈小元等Nature BME：唯快不破！实验室常见的细胞凋亡试剂还能这般进行免疫治疗！

NanoLabs

2020-08-20

目前，癌症疫苗已被广泛研究，如Hpv疫苗。然而，在大多数情况下，癌症疫苗仅在预防癌症方面有效，并且通常向健康个体给药，但在已经患癌症的患者中启动强大的抗肿瘤细胞毒性T细胞免疫反应仍然是一项重大挑战，这主要是由于肿瘤内部和肿瘤之间的异质性以及免疫抑制性肿瘤微环境（TME）。

自体肿瘤细胞是接种疫苗的最佳来源，因为它们呈现了与肿瘤相关的抗原表位（TAE）的整个频谱，可以触发全面的免疫反应。体外制备自体肿瘤细胞疫苗过程繁琐并且需要足够的肿瘤标本，而体内原位制备自体肿瘤细胞疫苗是一种很有吸引力的策略，它可以使用量身定制的疫苗有效地靶向个体患者的肿瘤。

通常，常规的癌症治疗策略，例如放射疗法、化学疗法和光动力疗法（PDT），会触发大量癌细胞的凋亡。细胞凋亡会释放出“吞噬”信号，即膜磷脂酰丝氨酸（PS）由脂膜内侧翻向外侧，从而触发巨噬细胞释放免疫抑制性细胞因子。因此，巨噬细胞清除凋亡性肿瘤细胞可以增强TME的免疫抑制并防止刺激宿主免疫系统。值得注意的是，如果凋亡细胞不能被巨噬细胞迅速识别和清除，它们将失去细胞膜完整性并继发性坏死。与细胞凋亡形成鲜明对比的是，继发性坏死会产生多种TAE和损伤相关的分子模式（DAMPs），从而使垂死的肿瘤细胞具有免疫原性。在继发性坏死条件下，DC有更多机会吸收TAE并接受DAMP的进一步刺激，从而刺激免疫系统并触发抗肿瘤免疫反应。

图| 细胞凋亡过程（自网络）

因此，推测在体内将正在死亡的肿瘤细胞上的PS暴露作为将“凋亡” 转化为“继发性坏死”可能是创建原位自体肿瘤细胞疫苗的有前途的策略。

膜联蛋白A5（ANX5）是一种用作检测细胞凋亡的分子成像剂。先前报告表明，ANX5或可以阻断PS。然而，在生理条件下，PS也暴露于某些特定的正常细胞的膜上，如成肌细胞，巨核细胞等。在这些正常细胞上阻断PS暴露可能会导致严重的副作用。同时，由于PS暴露主要是细胞凋亡的早期过程，因此ANX5阻断PS的最佳时间点被限制在一个狭窄的时间窗内。

所以，一旦凋亡过程开始，则需要迅速释放ANX5来阻止PS暴露并抑制巨噬细胞的吞噬作用对于实现特定的抗肿瘤免疫。

那如何能实现该迅速释放策略呢？

于此，美国NIH陈小元、Zhen Yang、范文培等人利用一种直接的、多功能的纳米技术用于原位治疗性疫苗接种（ISTV），其中原发肿瘤作为特异性抗原库来启动个性化的抗肿瘤免疫。相关成果发表于Nature Biomedical Engineering上。

整体过程（划重点）

为了实现PS阻断，研究人员首先设计了二硒化物桥接中空介孔有机硅纳米胶囊（HMSeN）来固定ANX5，与此同时，胶囊还杂交上光敏试剂HPPH，而且将透明质酸修饰的细菌外膜囊泡（HOMVs）裹在HMSeN（HMSeN–ANX5@HOMV）上，以进一步促进其稳定性并增强其免疫刺激能力。HMSeN可以在生物氧化或生物还原条件下容易降解（二硒键断裂），在氧化性TME或还原性细胞内环境中实现ANX5蛋白的按需突发释放。释放的ANX5与PS结合后，巨噬细胞对凋亡细胞的识别被抑制，吞噬清除被延迟或阻断。凋亡细胞会发生继发性坏死，释放TAEs和DAMPs，刺激TME，进而刺激免疫系统恢复抗肿瘤免疫反应。

整体示意图

快速释放60％蛋白

在体外模拟体内释放试验种，表明纳米粒子在12小时内显示出大约60％的ANX5蛋白快速释放，且ANX5蛋白在激光照射后还保留其生物活性。

图|材料表征与释放曲线

体外细胞和体内试验表明，巨噬细胞对凋亡细胞的吞噬清除是一种抗炎过程，阻断PS在凋亡细胞上的暴露以抑制巨噬细胞的吞噬作用可以将抗炎过程转化为促炎过程。

还证实了通过HMSeN–ANX5 @ HOMV阻断PS暴露以将细胞凋亡转化为继发性坏死可以刺激TME并刺激免疫系统。而且该诱导具有全身免疫刺激作用，并且全身炎症是短暂的（7天可恢复正常），这对于确保其安全性至关重要。

图|对PS的阻断导致体内肿瘤的转录组和细胞因子谱改变

根除一半小鼠的肿瘤

在后期的多种肿瘤模型治疗实验中，ISTV可以导致有效的肿瘤消退和肿瘤生长抑制。事实上，ISTV在大约50%的小鼠体内彻底根除了4T1（小鼠乳腺癌细胞）肿瘤，并产生了持久的免疫记忆。

图|HmSeN–ANX5@HomV引发针对原位4T1乳腺肿瘤的强大抗肿瘤功效和持久的免疫记忆

小结：

综上所述，本文使用原发肿瘤本身充当原位贮存库，其中包含启动强大的抗肿瘤免疫反应所需的所有TAE和DAMP，这种针对ISTV的方法避免了繁琐的体外肿瘤抗原生产。合成无定形二氧化硅通常被美国FDA视为安全材料，硒是人体中抗氧化酶的重要成分，有助于潜在的临床转化。鉴于当前大多数癌症治疗方法均可诱导细胞凋亡，因此ISTV方法可为个性化原位癌疫苗的开发提供强大而直接的通用方法。

参考文献：

Li,L., et al. Burst release of encapsulated annexin A5 in tumours boosts cytotoxicT-cell responses by blocking the phagocytosis of apoptotic cells. Nat BiomedEng (2020).

https://doi.org/10.1038/s41551-020-0599-5