外科手術是目前癌癥治療的主流方式。然而，盡管手術的技術和器械水平有很大進步，但高達30-40%的患者仍在5年內面臨復發(fā)，其罪魁禍首正是由于傷口邊緣局部殘留的腫瘤細胞[1,2]。手術切除后的腫瘤復發(fā)與預后較差密切相關[3]。近年來，以免疫檢查點抑制劑為代表的腫瘤免疫療法為腫瘤患者帶來了越來越多的希望[4]，各種免疫治療策略已被廣泛應用于臨床前研究甚至臨床試驗，以期降低腫瘤復發(fā)和轉移風險[5,6]。不幸的是，盡管這些新療法使得一些患者產生了腫瘤特異性的細胞毒性T淋巴細胞 (CTL)[3,5]，但這種反應在術后并不常見。越來越多的證據表明：腫瘤微環(huán)境 (TME) 會在術后創(chuàng)傷和缺氧應激條件下被重塑，這一改變不僅會直接影響癌細胞增殖、運動和入侵，還會抑制抗腫瘤免疫細胞活性[3,7]。因此，靶向干預術后TME很可能成為抗癌的新靶點。

2022年5月20日，同濟大學醫(yī)學院岳雯雯研究員、復旦大學附屬中山醫(yī)院徐輝雄教授和上海大學陳雨教授聯(lián)合帶領團隊在Nature Communications雜志上發(fā)表題為Nanoparticle-enhanced radiotherapy synergizes with PD-L1 blockade to limit post-surgical cancer recurrence and metastasis的研究文章，該研究通過構建臨床前術后腫瘤復發(fā)模型，證明了侵入性手術誘導了以乏氧和腫瘤相關髓系細胞大量浸潤為特征的免疫抑制微環(huán)境，從而促進殘余腫瘤惡性進展并抑制免疫檢查點阻斷療法的療效。為了解決以上問題，團隊進一步開發(fā)了一種能夠靶向髓系細胞的納米藥物IPI549@HMP。一方面，該納米藥物能夠原位催化腫瘤內源性過氧化氫分解為氧氣實現(xiàn)乏氧緩解增強放療。另一方面，通過增強的免疫原性效應進一步使術后免疫抑制微環(huán)境重編程為免疫原性表型，并增強對抗PDL1療法的易感性。體內實驗證明，該放療免疫聯(lián)合策略不僅能夠有效抑制/消除局部殘余腫瘤和遠處轉移腫瘤，還能夠誘導強烈的免疫記憶效應顯著降低癌癥的復發(fā)率。

為闡明手術和局部腫瘤生長之間因果關系的潛在分子機制，研究團隊使用轉錄組學分析共鑒定出3823個差異表達基因譜。GO分析顯示，差異表達基因在免疫相關功能和通路的生物過程中顯著富集，提示手術創(chuàng)傷對免疫細胞具有很強的影響。值得注意的是，缺氧應激、促炎細胞因子、趨化因子和與免疫抑制相關基因在術后殘留腫瘤顯著上調，導致術后冷腫瘤形成，促進術后局部TME中腫瘤的復發(fā)和轉移。

圖1. 放療免疫聯(lián)合策略用于抑制術后癌癥復發(fā)與轉移的示意圖

為了改善術后TME重塑對腫瘤治療的不利影響，研究團隊設計出一種IPI549@HMP納米顆粒。一方面，其中的空心二氧化錳可以原位催化H₂O₂分解釋放O₂使局部缺氧得到緩解，同時其中搭載的IPI549可以有效抑制PI3-kinase γ信號通路，抑制髓源性抑制細胞 (MDSC) 向腫瘤中的遷移，阻斷抑制性TME的形成，從而增強ICD以達到放療增敏的作用，并能與PD-L1抗體阻斷等產生協(xié)同抗癌作用。

圖2. HMP納米顆粒合成和藥物負載步驟的示意圖

為了確認IPI549@HMP用于癌癥術后輔助治療的可行性，作者團隊使用荷瘤小鼠模型開展了一系列研究。作為術后抑制性TME重塑的關鍵，局部缺氧的改善被視為首要的干預目的。首先，作者在體外證明IPI549@HMP可以在H₂O₂存在條件下，劑量依賴地增加環(huán)境氧氣含量，并形成超聲下可見的氣泡（圖3. b,c）。同時，乏氧緩解聯(lián)合放療處理后的細胞核中的DNA雙鏈損傷標志物熒光信號顯著上調，死亡CT26細胞數(shù)量大幅增加（圖3. d,e）。隨后，作者將IPI549@HMP靜脈注射到荷瘤小鼠體內，光聲成像結果顯示IPI549@HMP在腫瘤組織內部大量富集，并提高了腫瘤組織中的氧飽和度。

圖3. IPI549@HMP誘導的乏氧緩解增強放療療效

為了進一步確認IPI549@HMP輔助治療對腫瘤組織缺氧程度的影響，作者使用Bioss抗體，通過免疫組化檢測了組織低氧誘導因子 (HIF-1α) 在腫瘤組織的表達情況。結果顯示，IPI549@HMP輔助治療后HIF-1α染色信號顯著下調，陽性反應組織面積較對照組顯著下降，說明基于IPI549@HMP的治療確實緩解了腫瘤的缺氧狀態(tài)（圖3. h,i）。綜上所述，IPI549@HMP具有良好的腫瘤富集和缺氧緩解能力。

相關產品信息

隨后，作者通過大量的動物實驗，證明IPI549@HMP能夠增強術后放療對荷瘤小鼠的治療效果，增強ICD并延緩腫瘤進展。IPI549@HMP增敏的術后放療能與PD-L1抗體起到療效協(xié)同增強效應，加強ICB療效。此外，IPI549@HMP還能誘發(fā)強烈的免疫記憶效應，使治療后的小鼠能夠耐受腫瘤再接種，從而防止術后癌癥復發(fā)。

為了解決癌癥對人類健康日益加劇的傷害和威脅，人們已經投入了相當多的努力和汗水用于尋找新的癌癥治療手段。癌癥靶向藥與免疫療法的巨大突破使人們看到了攻克癌癥的希望。然而，藥物的耐藥、響應率不高等問題仍然是擺在臨床治療面前的巨大障礙。近年來，納米顆粒搭載實現(xiàn)的藥物或核酸靶向遞送技術正在興起，本文團隊在這一基礎上，使用空心MnO₂作為藥物遞送載體，從而使載體自身具有了通過改善缺氧而重塑免疫抑制性TME的能力。隨后，配合小分子抑制劑、放療、免疫檢查點抑制劑等多管齊下，在小鼠模型中以極低的系統(tǒng)毒性，實現(xiàn)了癌癥有效且長期的治療。努力的汗水不應被一遍遍的重復實驗所埋沒，創(chuàng)意和靈感更需要信得過的試劑給予支撐。給博奧森一份信任，我們還你的不只是一支好抗體！

參考文獻

1.Chen, Q. et al. In situ sprayed bioresponsive immunotherapeutic gel for postsurgical cancer treatment. Nat. Nanotechnol. 14, 89–97 (2019).

2.Turajlic, S. & Swanton, C. Metastasis as an evolutionary process. Science 352,169–175 (2016).

3.Park, C. G. et al. Extended release of perioperative immunotherapy prevents tumor recurrence and eliminates metastases. Sci. Transl. Med. 10, 433 (2018).

4.Boussiotis, V. A. Molecular and Biochemical Aspects of the PD-1 Checkpoint Pathway. N. Engl. J. Med. 375, 1767–1778 (2016).

5.Bear, A. S., Vonderheide, R. H. & O’Hara, M. H. Challenges and Opportunities for Pancreatic Cancer Immunotherapy. Cancer Cell 38, 788–802 (2020).

6.Twyman-Saint Victor, C. et al. Radiation and dual checkpoint blockade activate non-redundant immune mechanisms in cancer. Nature 520, 373–377 (2015).

7.Neeman, E., Zmora, O. & Ben-Eliyahu, S. A new approach to reducing postsurgical cancer recurrence: perioperative targeting of catecholamines and prostaglandins. Clin. Cancer Res. 18, 4895–4902 (2012).