北京大学深圳医院ACS Nano:肿瘤趋向性细菌-纳米颗粒杂交体用于代谢重编程和癌症免疫治疗
代谢重编程和免疫抑制在实体瘤微环境中内在关联，但能够同时重编程肿瘤代谢并恢复抗肿瘤免疫的有效策略仍然面临挑战。肿瘤微环境中乳酸的过度积累不仅支持肿瘤生长，还通过损害细胞毒性T细胞和抗原呈递细胞的功能，严重抑制抗肿瘤免疫应答。因此，开发能够在肿瘤部位动态调节肿瘤代谢的策略，以逆转免疫抑制并提高免疫治疗效果，是当前癌症治疗领域的重要方向。针对上述挑战，北京大学深圳医院穆婧教授和赵永胜教授团队提出了一种肿瘤趋向性细菌-纳米颗粒杂交体SW@CDFM。该生物杂交系统通过将Shewanella oneidensis细菌与肿瘤细胞膜包裹的DOX-Fe/CpG纳米颗粒（CDFM）共价偶联构建而成。利用Shewanella固有的缺氧趋向性，SW@CDFM选择性地在肿瘤中聚集，消耗乳酸、缓解乳酸驱动的酸中毒，并重塑肿瘤微环境的代谢景观。同时，pH响应性释放的阿霉素和CpG诱导免疫原性细胞死亡并激活树突状细胞，启动协调的天然-适应性免疫级联反应，表现为巨噬细胞复极化和强大的细胞毒性T细胞浸润。当与αPD-1免疫检查点阻断联合使用时，SW@CDFM在小鼠模型中实现了超过90%的肿瘤生长抑制，并有效将免疫学“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤。相关内容以“Tumor-Tropic Bacterial-Nanoparticle Hybrids for Metabolic Reprogramming and Cancer Immunotherapy”为题，发表在ACS Nano！图1. SW@CDFM的表征：(a) CDF纳米颗粒的TEM图像。(b) CpG、DOX和CDF的UV-vis吸收光谱。(c) CDF纳米颗粒的HAADF-STEM图像及对应的P、Cl、C、N、O元素EDS分布图。(d) CDFM的TEM图像。(e) CDFM的水合粒径分布。(f) SW@CDFM的TEM图像。(g) SW@CDFM制备过程中的ζ电位变化。(h) SW和SW@CDFM在LB琼脂平板上培养的菌落图像。(i) SW代谢触发的靶向药物释放示意图。(j) 不同处理后PBS缓冲液中乳酸分解代谢评估（n=3）。(k) pH=7.4下DOX的累积释放曲线。(l) pH=6.5下DOX的累积释放曲线。(m) 乳酸存在下pH=6.5时DOX的累积释放曲线。图2. SW@CDFM对4T1细胞的抗肿瘤效果及体外免疫激活：(a) 不同处理后4T1肿瘤细胞的流式细胞术分析。(b) DC2.4细胞不同处理后流式细胞术分析。(c) CDF、CDFM或SW@CDFM处理4T1细胞24 h后的共聚焦荧光图像（比例尺100 μm）。(d) 含乳酸培养基中SW和SW@CDFM处理4T1细胞的活力。(e) 不同处理后4T1肿瘤细胞中乳酸分解代谢评估。(f) PBS、CDFM或SW@CDFM处理4T1细胞的ROS水平（比例尺100 μm）。(g) PBS、CDFM、SW和SW@CDFM处理4T1细胞的活/死细胞染色图像。图3. SW@CDFM体外免疫细胞激活：(a) BMDCs体外免疫实验示意图。(b) BMDCs与PBS、SW、CDFM和SW@CDFM共孵育48 h后CD80和CD86表达的流式细胞术定量。(c) BMDCs成熟百分比。(d-g) qPCR检测BMDCs中IL-6（d）、TNF-α（e）、IL-1β（f）和IL-10（g）的含量。(h) RAW264.7体外免疫实验示意图。(i-k) 流式细胞术分析不同处理后RAW264.7细胞中M1样巨噬细胞标志物CD80（i）、CD86（j）和MHC-II（k）的表达。图4. SW@CDFM的生物分布和生物安全性评估：(a) 4T1荷瘤小鼠静脉注射Cy5标记的CDFM、Cy5标记的SW和SW@Cy5标记的CDFM后的体内荧光图像。(b) 24 h后主要器官和肿瘤的离体荧光图像及(c)相应的平均辐射效率（1: CDFM, 2: SW, 3: SW@CDFM）。(d) 静脉注射后120 h内不同组织中SW积累的评估（LB琼脂平板稀释涂布）。(e) 血液学参数（RBC、PLT、WBC和淋巴细胞）、(f)肝功能标志物（ALT和AST）和(g)肾功能相关血清指标（尿素、肌酐和葡萄糖）在静脉注射不同浓度SW@CDFM后24 h的测量值。(h-i) 静脉注射不同浓度SW@CDFM后小鼠血浆中降钙素原（PCT）和C反应蛋白（CRP）的水平。图5. SW@CDFM的体内抗肿瘤疗效评估：(a) 4T1荷瘤小鼠实验流程示意图。(b) 肿瘤生长曲线和(c)体重变化。(d) 不同处理组小鼠的个体肿瘤生长曲线。(e) 第21天4T1肿瘤组织的H&E染色图像（比例尺100 μm）。(f) 不同配方处理后肿瘤的TUNEL染色（比例尺100 μm）。(g) 肿瘤的Ki67免疫组化染色（比例尺100 μm）。(h) 不同处理后4T1肿瘤组织中LDHA的免疫荧光染色（比例尺100 μm）。图6. SW@CDFM介导的免疫重塑和与免疫检查点阻断的协同疗效：(a) 淋巴结中成熟DC的流式细胞术分析和(f)代表性定量分析。(b) 脾脏中瘤内CD8⁺ T细胞的流式细胞术分析和(g)代表性定量分析。(c) 脾脏CD8⁺ T细胞中效应记忆T细胞（TEM，CD62L⁻CD44⁺细胞）的流式细胞术分析和(h)代表性定量分析。(d) 瘤内M1巨噬细胞的流式细胞术分析和(i)代表性定量分析。(e) 肿瘤组织中Tregs（CD3⁺CD4⁺Foxp3⁺细胞）的流式细胞术分析和(j)代表性定量分析（n=3只生物学独立小鼠）。图7. SW@CDFM与αPD-1协同增强抗肿瘤免疫治疗：(a) CT26结肠癌荷瘤小鼠模型实验流程示意图（n=5）。(b) 肿瘤生长曲线和(c)相应体重变化。(d) 不同处理后收获的肿瘤图像。(e) 不同处理后小鼠淋巴结中CD80和CD86表达的流式细胞术分析（n=3）。(f) 脾脏中CD3⁺ T细胞的中央记忆T细胞（TCM，CD62L⁺CD44⁺细胞）定量分析（n=3）。(g) 肿瘤组织中M1巨噬细胞定量分析（n=3）。(h) B16-F10黑色素瘤荷瘤小鼠模型实验流程示意图（n=5）。(i) 肿瘤生长曲线和(j)相应体重变化。(k) 不同处理后小鼠淋巴结中CD80和CD86表达的流式细胞术分析（n=3）。(l) 脾脏中瘤内CD3⁺CD8α⁺ T细胞的流式细胞术分析。(m) 脾脏中CD3⁺ T细胞的中央记忆T细胞定量分析（n=3）。(n) 肿瘤组织中M1巨噬细胞定量分析（n=3）。本研究成功构建了一种肿瘤趋向性细菌-纳米颗粒杂交体SW@CDFM，整合了靶向肿瘤定植、酸响应药物释放和代谢重编程，以增强癌症免疫治疗。Shewanella的固有缺氧趋向性结合同型膜靶向促进了高效的纳米颗粒积累和深度肿瘤穿透。在肿瘤微环境中，Shewanella消耗乳酸并产生酸性代谢产物，进一步降低局部pH，从而放大酸触发的药物释放。同时，乳酸耗竭诱导代谢重编程，减轻免疫抑制约束并增强抗肿瘤免疫，表现为树突状细胞成熟增强、促炎性巨噬细胞极化以及强大的细胞毒性和记忆T细胞应答。这些协同过程在多个肿瘤模型中转化为有效的抗肿瘤疗效，且安全性良好，生物杂交整合对于与免疫检查点阻断的协同作用至关重要。该研究为将微生物功能与纳米医学相结合以改善癌症免疫治疗的精准性和持久性的下一代生物杂交疗法奠定了基础。
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https://doi.org/10.1021/acsnano.6c02876来源：BioMed科技声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
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