通过化学或物理应激诱导ICD已成为多种癌症治疗策略的关键组成部分。ICD直接杀伤肿瘤细胞，更重要的是通过促进树突状细胞(DC)成熟和增强肿瘤特异性抗原提呈给细胞毒性T细胞，释放损伤相关分子模式(DAMPs)来激活抗肿瘤免疫。然而，在肿瘤细胞内和肿瘤微环境(TME)中，肿瘤已经进化出拮抗策略，从而削弱了基于icd的治疗在肿瘤消融和预防复发和转移方面的疗效。首先，癌细胞中的冗余细胞氧化还原系统降低了ICD诱导的效率。例如，铁死亡是ICD的一种形式，由脂质过氧化作用引起。人们普遍认为，通过胱氨酸饥饿、谷胱甘肽(GSH)耗竭或GPX4抑制，靶向系统xc-/谷胱甘肽(GSH)/GPX4通路，控制了脂质氢过氧化物的积累，但最近的研究表明，当经典的GPX4通路失效时，许多类型的癌细胞可以利用辅酶q10 (CoQ)氧化还原酶FSP1和NAD(P)H来防止铁死亡。发现平行的脂质氢过氧化物清除通路，需要同时使用不同类别的刺激物来确保ICD的有效诱导，协同增强癌细胞中脂质过氧化作用的策略是非常理想的。

基于此，上海交通大学宋海云研究员、樊春海院士和西安交通大学张继业教授合作发现中空介孔CuS纳米粒子(NPs)具有内在的抑制谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPX4)的能力（图1）。当负载铁死亡抑制蛋白1 (FSP1)的抑制剂时，这些纳米颗粒阻断了两个平行的氧化还原系统，并配合近红外照射来加强ICD。我们进一步构建了一种水凝胶共递送靶向肿瘤细胞的CuS NPs和免疫抑制细胞靶向磺基- n-琥珀酰亚胺油酸盐(SSO)，用于时空脂质干预。CuS NPs通过协同脂质过氧化作用增强ICD，而SSO通过脂质代谢重编程恢复免疫感知，从而协同触发强大的固有和适应性免疫，抑制肿瘤生长，复发和转移。该研究提供了一种在肿瘤环境中通过调控脂质来进行免疫代谢治疗的方法。相关工作以“Composite Hydrogel for Spatiotemporal Lipid Intervention of Tumor Milieu”发表在《Advanced Materials》。

图1. 复合水凝胶抗肿瘤策略示意图

CuS NPs的制备与表征

研究者的目的是通过纳米粒子(NP)为基础的递送系统，协同诱导ICD在癌细胞中的脂质过氧化作用，这种递送系统的效率可被近红外(NIR)照射放大。因此，研究者合成了一种中空介孔CuS NPs，既可作为纳米载体，又可作为光敏剂，在扫描电子显微镜(SEM)下，其尺寸均匀，呈球形(图2a)。通过能谱(EDS)元素图和EDS元素分析确定了CuS NP的成分(图2b)。透射电子显微镜(TEM)显示这些CuS NPs的平均直径为134±17 nm，具有特征性的中空介孔结构(图2c)。此外，它们的吸收光谱在700 - 1100 nm之间显著增加，表明它们具有作为光热材料的潜力(图2d)。在980 nm近红外激光照射下，CuS NPs水溶液的温度比水的温度上升更快，在反复加热和冷却循环中，光热转换效率稳定为50.2%(图2e,f)。我们研究了CuS NPs在非癌细胞L6成肌细胞和293T胚肾细胞中的生物相容性。当CuS NP浓度达到100 μg/mL时，未观察到细胞毒性迹象，表明CuS NP在此范围内未表现出一般的细胞毒性。有趣的是，我们观察到，未加载的CuS NPs可以单独诱导4T1三阴性乳腺癌(TNBC)细胞的脂质过氧化(图2g)。这一效应不太可能是由CuS NPs释放微量铜离子(约0.24%)引起的，因为相同浓度的游离铜离子不会引起脂质过氧化。在探索这一效应的可能机制时，研究者发现即使是温和的剂量(1-5 μg/mL)的CuS NPs也能够以浓度依赖性的方式抑制细胞内GPX4的水平，这表明这一现象是由于CuS NPs的内在特性对GPX4的抑制(图2h)。

图2. CuS NPs对脂质过氧化的三联诱导作用

水凝胶介导的免疫抑制细胞的脂质重组

在肿瘤细胞中协同诱导ICD的同时，研究者计划同时重新编程免疫抑制细胞中的脂质代谢，以增强免疫感知。研究者通过6 wt%聚乙烯醇(PVA)基质与6 wt% TSPBA交联制备了一种ROS响应性水凝胶，用于局部联合治疗。首先，研究者评估了负载SSO的水凝胶(SSO@Gel)对脂质代谢和免疫抑制细胞分化的影响。体外诱导骨髓来源的M2-TAMs和MDSCs。与原代BM细胞相比，诱导的M2-TAMs 特征性地高表达精氨酸酶1 (Arg-1)，而MDSCs大量表达Arg-1和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)。作为对富含脂质的TME的模仿，研究者在培养基中装载了游离脂肪酸。棕榈酸(PA)刺激M2-TAMs摄取荧光脂肪酸BODIPY C16。通过与H2O2刺激SSO@Gel产生的SSO (300 μM)同时孵育，BODIPY C16的积累可下调至基础水平，这表明M2-TAMs中的脂肪酸转运主要依赖于CD36受体，并且可被CD36抑制剂有效阻断(图3a)。由于免疫抑制细胞依赖脂肪酸氧化(fatty acid oxidation, FAO)作为能量来源，研究者分析了上述情况下FAO相关基因的表达。加载PA导致M2-TAMs中的线粒体FAO增加，SSO@Gel处理可消除这一情况，而未加载的水凝胶(Gel)处理不会影响这一情况(图3b)。我们进一步研究了改变脂质代谢对M2-TAM极化的影响。PA处理的M2-TAM表现出Arg-1表达升高，表明脂质摄取增加和FAO促进M2-TAM极化。相比之下，SSO@Gel治疗阻止了PA刺激的Arg-1表达，证实了其抑制M2-TAM极化的能力。同样，油酸(OA)暴露后，MDSCs中FAO相关基因的表达被激活，而这些刺激作用被SSO@Gel抑制。此外，OA通过刺激MDSC标志物的表达促进MDSC分化，而SSO@Gel抑制了OAT处理的MDSC中的iNOS和Arg-1表达(图3c)。

图3. 水凝胶介导的免疫抑制细胞脂质重布线

复合水凝胶介导的联合治疗原位三阴性乳腺癌

研究者每8天在肿瘤内给予free iF-CuS-M和SSO (iF-CuS-M/SSO)、SSO@Gel、iF-CuS-M@Gel或iF-CuSM/SSO@Gel，共给药4次，并在每次注射后4天应用近红外激光(图4a)。通过测量DC成熟和细胞毒性T细胞浸润的水平来评估在肿瘤细胞中ICD诱导和免疫抑制细胞代谢重编程之间的协调，抗肿瘤免疫的激活。iF-CuS-M@Gel显著提高了DC表面CD40和MHC-II的水平，这两种成熟DC的标志。SSO@Gel也显示出类似的效果，因为抑制MDSCs也有利于D C的成熟。因此，iF-CuS-M/SSO@Gel的联合治疗进一步促进了免疫活性DC的生成(图4b, c)。同样，当SSO通过水凝胶平台共递送时，它们可以与iF-CuS-M协同，显著增加肿瘤浸润CD8+ T细胞的水平，并增强IFN的表达(图4d)。接下来，研究者在荷瘤小鼠中评估了复合水凝胶在抑制肿瘤生长和延长寿命方面的治疗效果。当模拟治疗小鼠达到肿瘤生长终点(~2000 mm3)时，SSO@Gel、iF-CuS-M@Gel和if-CuS-M/SSO@Gel治疗分别使肿瘤体积缩小了35.0±5.4%、71.9±12.4%和97.0±3.0%(图4e)。这些治疗均显著延长了荷瘤小鼠的生存时间。对照组小鼠中位生存时间为31 d。相比之下，SSO@Gel和iF-CuS-M@Gel治疗分别中度延长了中位生存期至37 d和41 d。此外，接受4剂iF-CuS-M/SSO@Gel治疗的小鼠中有一半以上存活超过47日(图4f)。这些结果表明，复合水凝胶通过双管齐下的方式调控免疫抑制细胞和肿瘤细胞，并协同诱导固有免疫和适应性免疫，从而抑制肿瘤生长。

图4. 复合水凝胶在原位TNBC中的应用效果

小结：综上所述，研究者制备了一种递送纳米粒子和小分子抑制剂的复合水凝胶，用于对肿瘤细胞和免疫抑制细胞群的时空调控。靶向肿瘤细胞的NPs可以抑制GPX4和FSP1这两种平行抗氧化防御系统的关键成分，并与近红外辐射协同以最大限度地诱导脂质过氧化和ICD。CD36抑制剂靶向免疫抑制性M2-TAMs、MDSCs和Treg细胞，阻断脂质摄取，重编程脂质代谢，从而解除TME中的免疫抑制，恢复免疫监视。在小鼠TNBC模型中，复合水凝胶中的两种治疗模式的结合诱导了强大的固有和适应性免疫应答，在抑制肿瘤生长和预防术后复发和转移方面显示出优越的疗效。本研究通过靶向脂质干预肿瘤环境，为肿瘤免疫代谢治疗提供了新的策略。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202211579

来源：BioMed科技

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