Mol Ther｜李洋团队揭示纳米二氧化硅经肺黏膜巨噬-NK轴实现体内记忆样NK细胞诱导及抗肿瘤免疫|nk|免疫|巨噬细胞|新适应症|李洋(羽球运动员)|活性|纳米二氧化|肺黏膜

自然杀伤细胞（ Natural killer, NK ）是先天免疫系统抵御肿瘤的重要前哨。其中，细胞因子诱导的记忆样 NK 细胞（ Cytokine-induced memory-like NK cells, CIML NK ）经 IL-12 、 IL-15 和 IL-18 短期联合刺激后，兼具增强的增殖能力、长效的体内维持活性以及再遇抗原时显著增强的 IFN-γ 回忆杀伤应答【1-3】。然而，现行 CIML NK 疗法严重依赖繁琐且高成本的体外（ ex vivo ）分离扩增与 GMP 培养工艺，限制了其规模化应用【2】。肺脏作为连接全身血液循环的枢纽，富含循环 NK 细胞以及感知微颗粒的肺泡巨噬细胞（ Alveolar macrophages, AMs ）【4】。尽管结晶型二氧化硅长期沉积会诱发不可逆的矽肺纤维化，但早期颗粒暴露却伴随肺部 NK 细胞的短暂活化【4,5】。如何将微纳颗粒诱导的免疫激活效应与其纤维化毒性解耦，利用宿主内源生理环境在体内重构功能性 CIML NK 细胞，具有重要的转化探索价值。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院李洋研究团队在 Molecular Therapy 期刊在线发表了题为Inhalednanosilicaorchestratesapulmonarymacrophage-NKcellaxisformemory-likeNKprogrammingtowardsynergisticcancerimmunotherapy的研究论文。该研究揭示了吸入可生物降解的无定形纳米二氧化硅（ nSiO ₂ ）能够刺激肺泡巨噬细胞释放IL-12/15/18细胞因子三联体，进而在体内将循环初始NK细胞重塑为兼具长效监视与高回忆应答特性的CIMLNK细胞；该策略在肿瘤预防、术后防复发及协同PD-1单抗治疗中表现出明确疗效，且在体内可完全降解清除，未诱发肺纤维化或全身蓄积毒性。

在 B16F10 小鼠黑色素瘤模型中，间歇性吸入无定形 nSiO ₂ （ 120 μg / 次，共 4 次）显著抑制了皮下肿瘤生长，降低 Ki-67 ⁺ 增殖并促进 TUNEL ⁺ 凋亡，显著延长小鼠生存期。免疫表型分析显示， nSiO ₂ 给药未引起常规 T 细胞或髓系亚群的广泛波动，而是特异性增加了肿瘤组织及外周淋巴器官中 NK 细胞（ NK1.1 ⁺ CD3 ⁻ CD45 ⁺ ）的浸润。体内清除实验证实，清除 NK 细胞后抑瘤效应完全消失，确立了 NK 细胞的核心地位。此外，该疗法对给药时序存在严格依赖：仅在肿瘤接种前进行预处理或持续给药有效，而接种后启动的平行治疗则无效，表明其依赖于体内预先建立的免疫稳态。

追踪小鼠免疫表型发现， 4 次肺部给药后外周活化 NK 细胞呈剂量依赖性累积；停药休整 7 天后，其 IFN-γ 分泌回落至基线水平，但激活性受体 NKG2D 维持高表达，呈现 “ 武装且静息 ” （ armed-but-resting ）表型。体外以肿瘤靶细胞刺激时，这些 NK 细胞展现出爆发性的回忆杀伤应答， IFN-γ 水平提升近 5 倍，符合经典 CIML NK 细胞特征【3】。然而，体外将 nSiO ₂ 直接孵育脾脏淋巴细胞并未激活 NK 细胞，表明其依赖体内组织中介。进一步检测证实，吸入 nSiO ₂ 可刺激肺泡巨噬细胞（ AMs ）显著上调 IL-12 、 IL-15 和 IL-18 转录与蛋白水平（ IL-12 上调超 15 倍）。体内清除 AMs 可阻断外周 NK 细胞扩增、活化及抗肿瘤效应；在体外骨髓来源巨噬细胞（ BMDM ）重构实验中，巨噬细胞条件培养基可重现 NK 细胞活化、增殖（ EdU 掺入）、静息及二次遇靶杀伤的全过程，而中和抗体阻断 IL-12/15/18 则抑制该应答，受体阻断实验亦证实 NKG2D 直接参与二次遇靶杀伤【5】。对照实验显示，完全水解的单体原硅酸（ H₄SiO ₄ ）无法激活巨噬细胞，证明该活化严格依赖纳米颗粒的物理刺激。

团队进一步解析了调控巨噬细胞 -NK 轴的理化法则：化学成分上，氧化铝与聚苯乙烯颗粒无诱导活性，仅 nSiO ₂ 与 β- 葡聚糖有效；颗粒构型上，不规则纳米颗粒（ I- nSiO ₂ ）明显优于微米级或规则球状颗粒。 BET 氮气吸附测定表明，颗粒比表面积（ SSA ）与 NK 细胞回忆杀伤活性呈显著正相关（ R² = 0.6852, P = 0.0009 ）。在转化应用评估中， nSiO ₂ 预处理促使外周 NK 细胞处于储备状态，联合抗 PD-1 抗体可特异性诱导瘤内 NK 细胞释放脱颗粒标志物 CD107a ，解除局部微环境抑制；该短程预防方案诱导的保护效应在停药后 60 天仍得以维持，并在小鼠肿瘤切除后显著延缓局部复发。安全性评估表明，无定形 nSiO ₂ 在体外模拟肺液中可逐步水解【6】，体内 ICP-MS 检测显示小鼠肺部硅含量在 90 天内恢复至基线；肺部天狼星红染色及主要脏器病理切片均未见纤维化或器质性损伤，实现了免疫调节效应与矽肺病理损伤的解耦。

综上所述，该研究系统阐明了 “ 吸入可降解 nSiO ₂ → 肺泡巨噬细胞感知 → 局域释放 IL-12/15/18 → 循环 NK 细胞重塑为 CIML NK 细胞 ” 的体内级联机制，确立了比表面积等物理设计参数，回避了过继细胞疗法复杂的体外制备流程，为高危人群肿瘤免疫预防、术后微小残留病灶干预及克服检查点抑制剂耐药提供了实验依据。

中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员袁枫为该论文的第一作者，李洋研究员为通讯作者。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1525001626007719

制版人：十一

参考文献

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2.Rizwan, Romee., Michelle, Rosario., Melissa M, Berrien-Elliott., Julie A, Wagner., Todd A, Fehniger., et al.(2016). Cytokine-induced memory-like natural killer cells exhibit enhanced function, proliferation, and persistence to treat leukemia.Sci Transl Med, 8(357), 357ra123. doi:10.1126/scitranslmed.aaf2341

3.Megan A, Cooper., J Mark, Elliott., Peter A, Keyel., Liping, Yang., Joel A, Carrero., Wayne M, Yokoyama.(2009). Cytokine-induced memory-like natural killer cells.Proc Natl Acad Sci U S A, 106(6), 1915-1919. doi:10.1073/pnas.0813192106

4.Ray F, Hamilton., Stephen A, Thakur., Andrij, Holian.(2008). Silica binding and toxicity in alveolar macrophages.Free Radic Biol Med, 44(6), 1246-1258. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2007.12.027

5.Lucas, Ferrari de Andrade., Ruth E, Tay., Deng, Pan., Adrienne M, Luoma., F Stephen, Hodi., et al.(2018). Antibody-mediated inhibition of MICA and MICB shedding promotes NK cell-driven tumor immunity.Science, 359(6383), 1537-1542. doi:10.1126/science.aao0505

6.Xiaoling, Wang., Xiang, Li., Yoshihiro, Ito.(2020). Degradable amorphous silica nanoparticles for biomedical applications.Acc Chem Res, 53(9), 1845-1856. doi:10.1021/acs.accounts.0c00326

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（*排名不分先后）