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天工大高辉教授团队 AHM：提升结直肠癌的抗血管生成基因疗法重塑炎症和免疫抑制性肿瘤微环境

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2024-12-26 12:59

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结直肠癌（ CRC ）部位存在高丰度的具核梭杆菌（ Fn ），促使肿瘤部位炎性因子升高，促进肿瘤新血管生成；同时，巨噬细胞向 M2 型极化，下调体内的 CD4 ⁺ T 细胞和 CD8 ⁺ T 细胞，形成免疫抑制微环境。

基因治疗是将正常或治疗性基因递送到靶细胞中，复制表达，达到治疗疾病的目的，在疾病治疗领域已展现出巨大的应用前景。鉴于 Fn 感染对 CRC 治疗效果的不利影响，迫切需要开发具有高抗菌活性和安全性的多功能基因递送体系来消除 Fn 的不良影响，提高对 Fn 感染的 CRC 的治疗效果。

针对上述挑战， 天津工业大学高辉教授课题组 研发了一种治疗 Fn 感染 CRC 的新策略，制备了一种具有肿瘤细胞主动靶向性的基因递送体系（ AFGTs-PEG ），递送抗菌剂月桂酸（ LA ）和抗血管生成基因（ sFlt-1 ），通过抗 Fn 实现了对 Fn 感染 CRC 的增强基因治疗。这为高效安全的抗肿瘤基因递送载体的构建及致病菌相关肿瘤的治疗问题提供了具有临床应用前景的研究思路。

2024 年 12 月 20 日，该研究成果以 “ Remodeling the Inflammatory and Immunosuppressive Tumor Microenvironment for Enhancing Antiangiogenic Gene Therapy of Colorectal Cancer ” 为题发表在 Advanced Healthcare Materials 上（ DOI: 10.1002/adhm.202402887 ）。

高辉教授课题组前期研究发现月桂酸（ LA ）具有优异的抗 F n 活性。作者将 LA 和靶向分子4-羧基苯硼酸（ PBA ）修饰到低分子量的聚乙烯亚胺（ OEI ）中并与 LA 自组装得到 LA@OLP （ AFs ）。 AFs 复合 sFlt-1 并与 DSPE-mPEG 共组装得到 LA@OLP/sFlt-1/DSPE-mPEG （ AFGTs-PEG ）。体内实验表明 AFGTs-PEG 可以有效清除 Fn ，降低体内炎性因子，抑制 M1 巨噬细胞向 M2 巨噬细胞的极化，上调 CRC 部位 CD4 ⁺ T 细胞和 CD8 ⁺ T 细胞，改善肿瘤炎症和免疫抑制微环境，解除 Fn 对抗血管生成基因治疗的不良影响，在活体水平协同发挥显著的抗血管生成作用，实现对 Fn 感染 CRC 的增强的基因治疗效果（图 1a 和 b ）。细胞毒性、溶血和 H&E 染色实验表明 AFGTs-PEG 具有良好的生物相容性和安全性。

图 1. AFGTs-PEG 的制备及治疗 Fn 感染 CRC 示意图。

通过平板涂布法和菌落计数（图 2a 和 b ）表明 AFGTs-PEG 具有与 LA 相似的抗 Fn 性能。扫描电镜（图 2c ）表明 AFGTs-PEG 处理后， Fn 的细胞膜被破坏，形态结构发生明显变化。 AO/EB 染色（图 2d ）再次表明 AFGTs-PEG 造成了 Fn 的大量死亡。结晶紫染色和 3D 成像（图 2e 和 f ）显示 AFGTs-PEG 对 Fn 形成的生物被膜具有高效的分散清除能力。

图 2. 体外抗菌和抗生物膜性能。

基于 AFGTs-PEG 优异的体外抗菌性能，作者进一步评价其体外抑制血管生成效果。凝胶电泳实验（图 3a ）表明 AFGTs-PEG 在氮磷比为 10 时可以有效复合 sFlt-1 ，从而避免 sFlt-1 在运输过程中的泄露和过早释放问题。质子缓冲能力实验（图 3b ）表明 AFs 具有与基因递送“黄金标准” PEI _25K 相似的内含体逃逸能力。细胞转染实验（图 3c-e ）表明 LA ： OLP （质量比）为 3 ： 1 时且氮磷比为 10 时，转染效率最高，因此选用此比例进行后续实验。体外抑制血管形成实验（图 3f 和 g ）表明即使在 Fn 感染条件下， AFGTs-PEG 也能显著地降低血管的形成。

图 3. 体外转染性能。

药物体内分布实验（图 4a ）表明， AFGTs-PEG 可以显著和长时间地富集在肿瘤部位。通过统计小鼠的体重和肿瘤体积（图 4c-e ），表明 AFGTs-PEG 治疗后，小鼠体重没有发生明显的降低，并且肿瘤的体积最小，表明其优异的抗肿瘤性能。通过肿瘤组织的 H&E 染色和小鼠生存周期（图 4f 和 g ）表明 AFGTs-PEG 生物相容性和安全性高，并不会对身体造成明显的损伤。

图 4. 体内生物分布和抗肿瘤性能。

基于 AFGTs-PEG 优异的抗肿瘤性能，作者进一步探究 AFGTs-PEG 的抗肿瘤机理。首先，通过原位荧光杂交技术标记肿瘤部位的 Fn ，结果显示（图 5a 和 b ）经 AFGTs-PEG 治疗后，肿瘤部位的 Fn 丰度显著降低。酶联免疫吸附实验（图 5c-e ）也表明体内的细胞因子（ IL-1β、TNF-α 和 IL-6 ）水平降低至正常水平。肿瘤部位的血管密度（图 5f 和 g ）和 sFlt-1 表达（图 5h 和 i ）表明，经 AFGTs-PEG 治疗后， sFlt-1 大量表达，肿瘤部位的血管密度显著降低。

图 5. 重塑体内肿瘤炎症微环境。

接下来，研究了 AFGTs-PEG 对免疫抑制微环境（图 6a-d ）的改善。结果表明 AFGTs-PEG 治疗后， M1 巨噬细胞向 M2 巨噬细胞的极化被抑制。同时， CD4 ⁺ T 细胞和 CD8 ⁺ T 细胞的水平显著升高。

图 6. 重塑体内免疫抑制微环境。

总之， AFGTs-PEG 通过递送抗菌剂 LA 和抗血管生成基因 sFlt-1 ，协同免疫相关细胞和基因治疗实现了对 Fn 感染 CRC 的安全高效治疗。值得注意的是，与常见的治疗策略不同，抗血管生成基因治疗是一种新颖的、安全高效的癌症治疗策略。与化疗药物不同，通过合理的递送体系设计可以对不同肿瘤实现有效的抗血管生成基因治疗，进一步体现了本研究成果在致病菌感染肿瘤治疗中的巨大应用前景。

天津工业大学硕士毕业生 牛家振 和教师 苏美慧 为该论文的第一作者，高辉教授为通讯作者。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adhm.202402887

天工大高辉教授团队 AHM：提升结直肠癌的抗血管生成基因疗法重塑炎症和免疫抑制性肿瘤微环境

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