刘庄/程义云/彭睿Nature Nanotech：个体化纳米疫苗获得新进展！

NanoLabs

2020-11-04

目前，作为癌症治疗主要技术之一的手术切除，面对的主要的问题是癌转移和复发。有报道称，术后进行免疫治疗，如免疫检查点阻断（ICB）治疗，可以降低癌症复发和转移的风险。然而，其治疗效果仍有待提高。

在各种类型的癌症免疫疗法中，癌症疫苗可以诱导肿瘤特异性免疫反应。为了激活和扩增肿瘤特异性T细胞，基于纳米颗粒（NP）的疫苗（纳米疫苗）的最新进展集中在将肿瘤特异性抗原和佐剂共递送到抗原呈递细胞（APCs）如树突状细胞（DC）上。在此过程中，专职性DC通过主要组织相容性复合体I类（MHC-I）抗原呈递途径进行抗原的胞质递送和交叉呈递对于触发强大的抗肿瘤反应至关重要。

因此，为了制造有效的癌症纳米疫苗，至关重要的是开发既能充当免疫佐剂，还能够将抗原直接穿梭到APC细胞质中的抗原载体。

成果简介：

鉴于此，苏州大学刘庄教授、彭睿教授和华东师范大学程义云教授等人利用氟化树枝状大分子和聚乙烯亚胺（PEI）作为递送抗原的载体，来制备具有有效抗原交叉呈递的肿瘤纳米疫苗，并期望实现有效的针对患者的手术后免疫疗法。成果发表于Nature Nanotechnology上。

载体设计

对于载体地设计为，通过将两种氟代烷通过胺-环氧化物反应接枝到聚乙烯亚胺（PEI）上，形成F₇-PEI和F₁₃-PEI，然后在简单混合后即可与蛋白质抗原或肿瘤细胞膜抗原自组装，形成157-250 nm大小均匀，电位为+50 mV的NPs。

有效激活DC和抗原交叉呈递

研究人员研究了F-PEI/OVA NPs与小鼠骨髓来源的树突状细胞（BMDC）的相互作用，研究发现，氟化的PEI（F13-PEI/OVA和F7-PEI/OVA）细胞毒性较低，而且可以促进DC细胞成熟（即上调了共刺激分子（CD80，CD86，CD40和MHC-II）），并高水平的刺激肿瘤坏死因子-α（TNF-α），白介素-6的产生（IL-6）和IL-12p70。经对比，F13-PEI / OVA和F7-PEI / OVA的最佳F-PEI：OVA比为1：1，两者均可触发有效的DC成熟，但是前者F13-PEI / OVA可以更有效地诱导抗原交叉呈递，并触发随后的OVA特异性T细胞反应。

图|纳米疫苗的制备与表征

探讨为什么

研究人员随后研究了这种基于氟聚合物的NP促进交叉提呈和DC成熟的潜在机制。先前研究发现，PEI可以通过Toll样受体4（TLR4）介导的信号传导通路，使髓样来源的抑制细胞（MDSCs）从M2型到M1型的重新极化。经研究发现，确实说明了F-PEI和F-PEI/OVA是通过TLR4信号通路激活DC，尤其是在携带OVA时。而且F-PEI递送的均可以进行溶酶体逃逸，这对于抗原的释放是非常有利的。

对于溶酶体逃逸的机制可能是PEI主链的pH缓冲机制，此外，氟烷基链也可能在其中发挥主要作用，因为氟烷基链既疏水又疏脂，它很容易通过疏水相互作用与膜脂质融合，而它们的疏脂特性可确保氟烷基链在脂质膜上快速扩散。

图|纳米疫苗在体外的DC活化

体内效果明显

在体内，整体效果与体外的结果一致，与其他组别相比，经F₁₃-PEI / OVA免疫的小鼠在60天之内保持了37.5％的高存活率，说明这种制剂可以引起高水平的抗肿瘤T细胞应答，这导致对已建立的B16-OVA肿瘤的有效抑制，这也证明了F₁₃-PEI / OVA作为治疗性癌症疫苗的潜力。

图|F-PEI / OVA纳米疫苗的体内免疫刺激

个性化疫苗

残留的微瘤或循环中的肿瘤细胞可能导致致命的肿瘤复发和转移，甚至在术后数月甚至数年。从手术收集的肿瘤细胞裂解物中开发的癌症疫苗代表了癌症免疫疗法的有前途的途径。

因此，研究人员通过使用从切除的肿瘤中收集的癌细胞膜作为肿瘤抗原的来源，并使用F13-PEI作为抗原载体（F13-PEI / Mem）来制造个性化的癌症疫苗，从而进行了更具临床意义的研究，观察到了强大的免疫记忆效应，可以有效保护治愈的小鼠免受肿瘤再攻击。

然后与ICB疗法一起用于治疗手术后残留的肿瘤，能够预防术后肿瘤复发和肿瘤转移。与ICB治疗的这种增强的个性化抗癌疫苗协同作用可能在用于临床转化的个性化手术后癌症免疫治疗中具有巨大价值。

图| F13-PEI/Mem纳米疫苗与ICB疗法的协同作用，可治疗术后远处的肿瘤

总结与展望

本文提出了一种简单而可靠的策略来制造基于含氟聚合物的癌症纳米疫苗，有望实现有效的针对患者的手术后免疫疗法。与使用常规免疫佐剂（例如CpG和明矾）的疫苗相比，此类基于氟聚合物的纳米疫苗在触发抗肿瘤免疫应答方面显示出更高的效率。

上面提到，本研究使用手术切除的肿瘤制造个性化的癌症疫苗，除此之外，作者提出，可以将F13-PEI局部施用到肿瘤消融后的肿瘤中，然后利用高强度聚焦超声（HIFU）把肿瘤碎片化，从而实现原位生成癌症疫苗，进而抑制远处肿瘤的生长。

除了在这项工作中证明的基于蛋白质和细胞膜的疫苗之外，这些含氟聚合物还可以用于开发基于核酸的疫苗（例如，mRNA疫苗），以用于跨膜递送，DC活化和抗原呈递。而且，除了抗癌疫苗之外，这种含氟聚合物还可以扩展到制造其他类型的重要疫苗，例如抗病毒感染的疫苗(如COVID-19)。

参考文献：

Xu, J., et al. A general strategy towards personalized nanovaccines based on fluoropolymers for post-surgical cancer immunotherapy. Nat. Nanotechnol. (2020).

https://doi.org/10.1038/s41565-020-00781-4