免疫療法在治療晚期或轉(zhuǎn)移性腫瘤患者方面具有巨大的前景,但僅針對免疫刺激性腫瘤患者。其中,腫瘤微環(huán)境(TME)是腫瘤細胞和腫瘤浸潤淋巴細胞(TILs)相互作用的主要位置。因此,腫瘤對免疫療法的反應性至少部分取決于TME免疫表型。

研究表明,激活STING(一種胞質(zhì)銜接蛋白,響應內(nèi)/外源性胞質(zhì)核酸配體)信號通路會強烈刺激TME中的先天性和適應性免疫反應。此外,激活腫瘤細胞中STING途徑可導致自然殺傷(NK)細胞滲透到腫瘤中,引發(fā)抗腫瘤反應。

然而,需要新穎的方法以最小的免疫副作用增強腫瘤對環(huán)狀二核苷酸(CDN)的敏感性。眾所周知,喜樹堿(CPT)等化學治療藥物可通過刺激DNA損傷來觸發(fā)細胞死亡。研究發(fā)現(xiàn),部分小分子藥物可能通過觸發(fā)STING途徑和激活免疫系統(tǒng)發(fā)揮其抗癌作用,為化學-免疫療法提供了希望。

約翰霍普金斯大學崔宏剛《Nature》子刊:包含STING和CPT的原位自組裝水凝膠實現(xiàn)100%抑制腫瘤生長

近日,美國約翰霍普金斯大學的Honggang Cui(通訊作者)團隊報道了一種STING激動劑環(huán)狀di-AMP可以在腫瘤內(nèi)延長釋放,將腫瘤微環(huán)境(TME)從免疫抑制轉(zhuǎn)變?yōu)槊庖叽碳?,從而增強抗腫瘤治療的效果。在水溶液中,兩親性藥物自組裝成超分子納米管(NTs)。

帶負電荷的STING激動劑(c-di-AMP(CDA))通過靜電絡合在帶正電荷的NTs表面上。在注射到腫瘤部位后,CDA-NT溶液立即形成水凝膠,充當CDA和CPT的延長局部釋放的儲存庫,以喚醒先天和適應性免疫系統(tǒng)。

在小鼠腫瘤的多個模型中,單次低劑量的STING興奮劑可導致腫瘤消退和提高動物的存活率,并出現(xiàn)長期免疫記憶和全身免疫監(jiān)視,從而保護小鼠免于腫瘤的復發(fā)和轉(zhuǎn)移??傊?,這種局部遞送的STING激動劑幫助減少腫瘤的免疫抑制,并增強對各種癌癥治療的效果。

水凝膠的制備

作者通過二硫代乙基碳酸酯(etcSS)接頭將兩個CPT分子化學偶聯(lián)至iRGD,從而形成兩親性分子(diCPT-iRGD),進而自組裝成超分子NTs。在GSH作用下,CPT可以從diCPT-iRGD中有效的釋放,并且在2 h內(nèi)幾乎100%的釋放CPT。

在diCPT-iRGD水溶液中添加CDA后,Zeta電位的降低,表明帶負電荷的CDA被吸附在NTs的表面上。增加CDA-NTs的濃度或添加抗衡離子,可形成CDA-NTs水凝膠。共聚焦成像顯示,標記的CDA的FITC信號均勻分布在水凝膠的冰凍部分。diCPT-iRGD偶聯(lián)物具有相對穩(wěn)定的線性釋放,在PBS中30 d內(nèi)釋放了37.2%藥物,而純CDA在PBS中18 d內(nèi)就釋放了98%。

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圖1、超分子水凝膠的示意圖和表征

 

STING激動劑在體內(nèi)局部保留和可持續(xù)釋放

作者將diCPT-iRGDNT溶液皮下注射到C57BL/6小鼠背部,以評估其在體內(nèi)的凝膠化和生物降解。在注射1 h后,出現(xiàn)球形水凝膠,但45 d內(nèi)被逐漸的生物降解。該水凝膠顯示出近乎線性的降解曲線,45 d內(nèi)降解了約75%。注射5 d后,游離CDA處理的腫瘤的熒光強度迅速下降,幾乎沒有觀察到熒光信號,而CDA-NT治療組的熒光強度在注射15 d后仍然很強,35 d后仍可檢測。需注意,STING激動劑在腫瘤組織中的特定沉積也可能減少脫靶毒性和免疫副作用。CDA-NT治療組在整個腫瘤中均顯示出強烈的熒光,證實diCPT-iRGD NT水凝膠可有效地遞送藥物。

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圖2、水凝膠實現(xiàn)CDA的局部保留和延長釋放

 

CDA-NT水凝膠對腫瘤的作用

作者利用皮下GL-261腦腫瘤模型評估了CDA-NT水凝膠的協(xié)同抗腫瘤作用。在接種10 d后,腫瘤體積約100-150 mm3,將CDA-NT溶液注入腫瘤中。利用diC8-iRGD作為無藥物的水凝膠(E-Gel)用于CDA(CDA(L))局部遞送。其中,僅用CDA(L)進行治療不足以完全抑制腫瘤生長。使用diCPT-iRGD NT水凝膠時,CDA-NT治療導致腫瘤消退,并且小鼠的存活率為100%。而單獨化學療法NT和免疫治療CDA(L)僅有12.5%和50%的存活率。需注意,這些受試小鼠的體重不受局部治療的影響。同時,CDA-NT局部遞送不會對研究小鼠引起明顯的全身性不良反應。

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圖3、水凝膠對CDA局部遞送抑制Gl-261腦腫瘤

 

CDA-NT局部遞送誘導的持久免疫反應

在第70 d時,所有組存活的小鼠都被重新注射,以確定在另一側(cè)是否產(chǎn)生新的腫瘤。在接種腫瘤細胞第10 d后,在幼鼠中清楚觀察到腫瘤的生長,并持續(xù)長成大腫瘤。對于CPT+CDA、CDA(L)和CDA-NT組中存活的小鼠,GL-261細胞的生物發(fā)光信號在第95天仍未檢測到,表明這些存活小鼠的腫瘤生長被有效的抑制。需注意,CDA-NT處理的小鼠的總體生存率明顯更高。在用STING激動劑治療的小鼠中,CD8+CD44?highCD62L?high?central memory T(Tcm)細胞和CD8+?CD44highCD62Llow效應記憶T(Tem)細胞的百分比均增加。

經(jīng)CDA-NT處理的小鼠表現(xiàn)出更高的CD8+Tcm(24.4%)和Tem(11.7%)細胞百分比。結(jié)果表明,CDA-NT的局部遞送可誘導T細胞記憶并形成抵抗腫瘤復發(fā)的長期免疫力。

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圖4、CDA-NT誘導T細胞記憶和持久抗腫瘤免疫反應

 

綜上所述,作者開發(fā)了一種基于藥物的超分子水凝膠系統(tǒng),用于局部遞送CDNs,從而增強對腫瘤的化學-免疫治療效果。該水凝膠有助于將免疫治療性CDA和化療藥物CPT遞送至腫瘤部位,從而激活NK細胞、樹突狀細胞和T細胞,顯著提高不同腫瘤模型下小鼠的整體存活率。此外,水凝膠的局部給藥可引起長期免疫記憶和全身性免疫監(jiān)視,抑制腫瘤的復發(fā)和轉(zhuǎn)移。總之,這種局部給藥的化學-免疫水凝膠增強了抗腫瘤免疫反應,并以安全有效的方式增強腫瘤對免疫療法的敏感性。

全文鏈接:

https://doi.org/10.1038/s41551-020-0597-7

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