项目文章ACS Nano（IF 15.881）| 徐辉雄团队探究iWMA后肿瘤生长转移机制，开发化学免疫治疗新策略
2022-02-23
中科新生命
1764
上海市第十人民医院徐辉雄教授团队等人于2021年12月在ACS Nano（IF 15.881）发表题为“Tailoring Chemoimmunostimulant Bioscaffolds for Inhibiting Tumor Growth and Metastasis after Incomplete Microwave Ablation”的文章。该团队运用转录组学和免疫相关实验数据研究了不完全微波消融（incomplete microwave ablatio，iMWA）后的肿瘤生长和转移的分子机制，并以此开发了一种以生物凝胶原位支架为基础的化学免疫治疗策略——使用磷酸肌苷3-激酶γ（PI3Kγ）抑制剂（IPI549）靶向髓系细胞，并与免疫刺激化疗药物（奥沙利铂，OX）联用，为消融后肿瘤治疗提供了新策略、新思路。其中，中科新生命提供了转录组学技术支持服务。
研究材料
CT26小鼠结直肠癌细胞系、BALB/c小鼠、凝血酶、纤维蛋白原溶液
技术路线
· 步骤1：机制研究：
a) 小鼠模型研究iMWA后残余肿瘤生长情况、小鼠生存情况；
b) 转录组学、多重免疫组化实验（mIHC）、流式细胞仪研究iMWA后肿瘤生长转移机制；
· 步骤2：纤维蛋白凝胶的制备及表征：
a) 纤维蛋白凝胶制备及理化性质分析；
b) 荧光染料（ICG）替代药物进行游离与水凝胶包裹的性能对比分析，通过荧光强度监测药物释放性能；
· 步骤3：分析对比OX、IPI549、OX&IPI549@Gel的各免疫细胞数目变化，分析OX&IPI549@Gel在抑制局部残余肿瘤生长的作用；
· 步骤4：模拟远端转移，研究OX&IPI549@Gel在抑制肿瘤扩散和转移的作用；
· 步骤5：模拟消除初始肿瘤后，研究OX&IPI549@Gel在抑制肿瘤复发中的作用。
研究结果
1. 机制研究：iMWA加速肿瘤生长进程，诱导免疫抑制
在iMWA处理后，与未处理组对比，差异基因主要是与免疫系统处理、免疫反应、白细胞和中性粒细胞分化和迁移、髓系白细胞迁移以及对外部刺激的防御反应等功能相关的基因（图1I），差异基因主要富集于与促炎反应、肿瘤生长和迁移以及肿瘤远端转移的相关通路（图1J），值得注意的是免疫抑制PI3k相关的信号通路被高度激活。
图1 iMWA加速肿瘤进展并诱导免疫抑制
2. 材料制备：纤维蛋白凝胶的制备与表征
小鼠在注射纤维蛋白凝胶后的第28天，通过染色试验发现纤维蛋白凝胶几乎完全被分解，没有任何明显的炎症反应，表明这种材料具有理想的生物相容性和生物降解性（图2H）。封装在纤维蛋白凝胶中的治疗药物分布均匀（图2I）并且可以缓慢、持续释放长达3天（图2J）。因此本研究中使用的凝胶能最大限度地利用OX&IPI549，提高抗肿瘤效果。
图2 纤维蛋白凝胶支架的制备和表征
3. OX&IPI549@Gel治疗效果
3.1 诱导抗肿瘤的免疫机制
小鼠在OX&IPI549@Gel后，肿瘤内CTL/Treg的比率（抗癌免疫平衡的指标）升得最高（图3G），干扰素-γ（IFN-γ）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）这两个在细胞抗肿瘤免疫中发挥重要作用的细胞因子显著增加，表明OX&IPI549@Gel治疗诱导了有效的免疫应答（图3H、I）。OX&IPI549@Gel植入可以减少免疫抑制细胞成分，从而改变免疫抑制时间，发挥抗肿瘤免疫治疗。
图3 OX&IPI549@Gel诱导的抗肿瘤免疫机制
3.2 全身抗癌免疫反应
在OX&IPI549@Gel治疗后，远处肿瘤中中性粒细胞MDSC和M2-like巨噬细胞明显减少，CTL明显增加（图4O）。免疫抑制淋巴细胞的比例包括中性粒细胞MDSC、M2-like巨噬细胞和Treg显著降低 （图4F−K），远处肿瘤中CTL的增加可能是由于树突状细胞和巨噬细胞对肿瘤相关抗原的局部交叉表达，从而触发了全身抗癌免疫。
图4 OX&IPI549@Gel治疗下全身抗癌免疫反应
3.3 诱导长期的免疫记忆效应
在OX&IPI549@Gel治疗后，12只小鼠中有4只存活为无肿瘤状态，研究人员在第70天再次注射肿瘤细胞以评估长期免疫记忆治疗效果（图5D），OX&IPI549@Gel治疗后（图5E、F），表明其产生的免疫记忆效应在长期应对肿瘤复发的可能。研究观察到血清中IFN-γ和TNF-α水平升高，表明联合治疗策略建立了较强的抗肿瘤免疫反应（图5J、K）。
图5 OX&IPI549@Gel治疗后抑制肿瘤扩散转移以及复发
小编小结
此研究基于对iWMA后肿瘤机制的研究，挖掘关键信号通路中的关键因子以选用最佳药物组合，并结合生物化学分子材料设计安全、稳定的药物载体，为消融后肿瘤治疗提供了新策略、新思路。
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