中科大，2025年首篇Nature Nanotechnology！

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-01-04 07:52

正文

原位涂有纳米点的自噬体，可作为个性化癌症疫苗

癌症疫苗是引发癌症特异性免疫反应的潜在免疫治疗策略，但目前开发的基于癌细胞的疫苗（如裂解物、外泌体和肿瘤微泡）在免疫原性和抗原呈递方面仍然存在不足。相比之下，自噬体作为一种独特的抗原载体，能够隔离多种肿瘤抗原和免疫刺激因子，其大小适合抗原呈递细胞的吞噬，并能有效触发肿瘤特异性免疫反应。然而，现有方法只能在体外通过复杂步骤低效制备自噬体疫苗，且难以实现患者特异性抗原的个性化设计。在肿瘤中原位生成自噬体疫苗具备极大潜力，但同时面临技术和实际应用的挑战。

在此，中国科学技术大学尤业字教授、洪春艳教授、王龙海教授、肖峻教授和Gong Chen副教授联合报道了一种功能性 Ti₂NX 纳米点，它可以覆盖自噬体膜脂质磷脂酰肌醇-4-磷酸，阻断自噬体与溶酶体的融合，并在肿瘤中产生稳定的纳米点包被的自噬体。形成的纳米点包被的自噬体可以从癌细胞逃逸到淋巴结，在那里激活肿瘤特异性 T 细胞。作者证明，这种方法可以减轻肿瘤负担，并为治愈的小鼠提供长期的免疫监视保护。这项工作提供了一种在体内直接形成基于自噬体的个性化癌症疫苗的方法，为肿瘤治疗提供了一种有前途的策略。相关成果以“Autophagosomes coated in situ with nanodots act as personalized cancer vaccines”为题发表在《Nature Nanotechnology》上，第一作者为Wei-Qiang Huang。

本文提出了一种利用功能性 Ti₂NX 纳米点在肿瘤内原位生成个性化自噬体癌症疫苗的新策略。Ti₂NX 纳米点通过结合磷脂酰肌醇-4-磷酸 (PI4P)，选择性捕获自噬体并阻止其与溶酶体或多泡体 (MVB) 融合，形成稳定的纳米点包被自噬体（NCAP）。NCAP 在肿瘤中积累，引发癌细胞焦亡和膜破裂，使其逸出并被抗原呈递细胞吞噬。随后，NCAP 中的抗原被呈递至淋巴结，激活 CD8⁺ T 细胞，强烈触发肿瘤特异性免疫反应，消除肿瘤，并为治愈后的个体提供长期抗复发和免疫监视保护（图 1）。

图 1：原位涂覆纳米点的自噬体作为个性化癌症疫苗的示意图

NCAP的形成

本文开发了一种基于 Ti₂NX 纳米点的策略，用于在肿瘤内原位生产自噬体包被纳米结构，以作为个性化癌症疫苗。Ti₂NX 纳米点通过特异性结合自噬体膜上的 PI4P，阻断自噬体与溶酶体或 MVB 的融合，形成稳定的 NCAP（图 2b、d）。这些 NCAP 积聚在癌细胞中，增加细胞内应激水平，激活 NLRP3 炎性小体，引发焦亡和细胞膜破裂，从而使 NCAP 逸出肿瘤细胞（图 2j）。逸出的 NCAP 富含肿瘤特异性抗原、MHC I 复合物、热休克蛋白和 DAMP，并保持结构完整。这些 NCAP 可被抗原呈递细胞识别，并通过激活 CD8⁺ T 细胞触发强烈的免疫反应。同时，Ti₂NX 纳米点促进树突状细胞成熟和巨噬细胞向抗肿瘤 M1 表型转化。这一方法可在体内肿瘤组织中直接生成 NCAP，通过简单两步离心法轻松分离，展现了作为个性化癌症疫苗的巨大潜力。

图 2：Ti₂NX 纳米点捕获并包裹癌细胞中的自噬体以产生稳定的 NCAP 的能力

NCAP 在淋巴结中积聚并激活免疫细胞

Allo-NCAP（基于同种异体细胞制备的自噬体纳米结构）是一种具有显著免疫刺激作用的个性化癌症疫苗。其通过结合 Ti₂NX 纳米点捕获自噬体并阻断其与溶酶体或 MVB 的融合形成，在肿瘤细胞中累积后诱发焦亡，使 NCAP 逸出肿瘤细胞并保持完整。研究显示，Allo-NCAP 能够高效转运至淋巴结并长期富集（图 3b-d），避免主要器官分布。其尺寸（200–700 nm）和表面吸附的 DAMP 以及 CLEC9A 配体，使其易被迁移性抗原呈递细胞（DC）识别并转运至淋巴结（图 3f）。与传统方法（如 Drip-AP）相比，Allo-NCAP 能显著增强淋巴结中 CD8⁺ 和 CD4⁺ T 细胞的活化，其浸润的 T 细胞比例分别是 Drip-AP 的 1.9 倍和 1.5 倍（图 3e）。在体外实验中，Allo-NCAP 能促进骨髓来源 DC（BMDC）成熟，增加 CD80 和 CD86 的表达，同时释放促炎因子（如 TNF-α 和 IL-6）。在体内试验中，接种 Allo-NCAP 的荷瘤小鼠表现出显著的淋巴结增大（图 3h），内含更多免疫细胞，并且 DC 和 M1 型巨噬细胞的成熟比例显著提高。尽管 Allo-NCAP 来源于肿瘤细胞，其接种并未引发肿瘤或免疫抑制风险（图 3i），表现出良好的安全性。

图 3：NCAP 被抗原呈递细胞识别，有效运输至淋巴结以激活免疫细胞

自体 NCAP 是在自体肿瘤内源性产生的

Self-NCAP 疫苗通过直接注射 Ti₂NX 纳米点至肿瘤内实现体内生成，展现了优异的抗肿瘤效果。纳米点通过捕获自噬体并阻断其与溶酶体/MVB 的融合，在肿瘤组织中形成大量 LC3B⁺ 的 Self-NCAP，并被免疫细胞内化转运至淋巴结（图 4b-d）。相比 Con-AP 和 Allo-NCAP，Self-NCAP 疫苗在小鼠模型中表现出更高的抗肿瘤能力。在 B16-F10 黑色素瘤模型中，80% 的小鼠实现肿瘤清除，而在 CT26 结肠癌模型中，所有小鼠均被治愈。此外，静脉注射 Ti₂NX 纳米点进一步缩小已形成的肿瘤，同时对正常组织无明显损伤。这些结果表明，体内原位生成的 Self-NCAP 疫苗凭借患者特异性抗原的优势，提供了更高的响应率和更强的抗肿瘤能力，为个性化癌症免疫治疗提供了创新且高效的解决方案。

Self-NCAP 疫苗可引发强大的免疫反应

在双侧 4T1 和 CT26 肿瘤模型中，Self-NCAP 疫苗展现了显著的抗肿瘤效果，能够同时消除原发肿瘤和远处肿瘤（图 4i）。相比其他治疗组仅抑制肿瘤生长，Self-NCAP 疫苗激活了淋巴结内的 IFN-γ+ CD8⁺ T 细胞，比例从 PBS 组的 4% 显著增加到 16%（图 4j）。这些杀伤性 T 细胞随后进入血管，并浸润远处肿瘤。在 Self-NCAP 处理组的小鼠外周血中，64% 的 CD8⁺ T 细胞表达 IFN-γ，而 PBS 组仅为 10%（图 4k）。此外，原发和远处肿瘤均被 GzmB 增强的 CD8⁺ T 细胞显著浸润（图 4l），显示出强大的系统性免疫反应。这表明，通过在体内肿瘤原位生成 Self-NCAP 疫苗，可高效激活免疫系统，其效果远优于直接杀死肿瘤细胞释放抗原的传统方法。

图4：Self-NCAP疫苗在体内自体肿瘤中的原位生成及其抗肿瘤能力

Self-NCAP 疫苗提供长期免疫监视

Self-NCAP 疫苗通过在自体肿瘤中原位生成，不仅清除了原发和远处肿瘤，还诱导了强大的肿瘤特异性免疫反应并建立长期免疫记忆（图 5a-j）。研究显示，Self-NCAP 显著减少肿瘤内调节性 T 细胞，增强 CD8⁺和 CD4⁺ T 细胞的浸润（图 5d），其中 CD8⁺ T 细胞比例达 22%，并表达更多 IFN-γ（图 5f-g），有效逆转肿瘤免疫抑制微环境。此外，T 细胞对 CT26 肿瘤特异性抗原 Slc20a1 的反应显著增强，是肿瘤裂解物组的三倍（图 5k-m），进一步证实 Self-NCAP 可诱导肿瘤特异性免疫。Self-NCAP 疫苗表现出持久的治疗效果，在 CT26 小鼠模型中实现了 100% 的治愈率，且在第 57 天和第 120 天的复发检测中未见肿瘤复发（图 5b-c）。同时，Self-NCAP 显著增加了效应记忆 T 细胞的比例，是初始小鼠的四倍（图 5i-j），表明其触发了长期免疫记忆和免疫监视。重要的是，Ti₂NX 纳米点未对正常组织造成毒性，证明 Self-NCAP 疫苗是一种安全有效的个性化癌症免疫治疗策略，可提供长期保护，防止肿瘤复发。

图5：Self-NCAP疫苗触发肿瘤特异性免疫反应并提供长期抗肿瘤保护

小结

本文开发了一种利用功能性纳米点在肿瘤内原位生成个性化自噬体癌症疫苗（Self-NCAP）的方法，通过封盖自噬体上的 PI4P 阻断其与溶酶体或 MVB 的融合，形成 NCAP。NCAP 的累积增加癌细胞内压力，诱发焦亡并释放 NCAP，同时吸附 DAMP，增强其被抗原呈递细胞（APC）摄取的效率，并将其转运至淋巴结。在 APC 内，NCAP 释放免疫刺激因子和肿瘤特异性抗原，激活树突状细胞（DC）和 CD8+ T 细胞，赋予 T 细胞清除癌细胞的能力。实验显示，Self-NCAP 在 B16-F10 和 CT26 小鼠肿瘤模型中的治愈率分别达到 80% 和 100%，显著优于传统癌症疫苗（~40%），且在超过 120 天内有效预防肿瘤复发。这项技术通过直接在体内生成个性化癌症疫苗，展现了卓越的抗肿瘤疗效和持久免疫保护，提供了一种有前景的肿瘤根除策略。

来源：高分子科学前沿

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