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山东大学再发ACS Nano：新型纳米胶囊双管齐下，激活焦亡与STING通路强化肿瘤免疫
Highlights
1.成功设计并合成了一种新型的锌酚类纳米胶囊(RMP@Cap)，具有优异的抗肿瘤效果和良好的生物安全性。
2. RMP@Cap能够在肿瘤细胞中诱导焦亡，并通过释放的mtDNA激活STING通路。
近日，“ACS Nano”（IF=15.8）上发表了一篇题为“Metal-Phenolic Vehicles Potentiate Cycle-Cascade Activation of Pyroptosis and cGAS-STING Pathway for Tumor Immunotherapy”的文章。这篇文章探讨了一种新型的纳米胶囊（RMP@Cap），用于三阴性乳腺癌的免疫治疗。
研究背景介绍
三阴性乳腺癌（TNBC）是一种特殊类型的乳腺癌，其特点是雌激素受体、孕酮受体和HER2的表达均为阴性。由于缺乏这些受体，TNBC对激素治疗和HER2靶向治疗不敏感，治疗选择相对有限，通常需要依赖化疗。
STING是一种胞质DNA感受器，能够识别细胞内的双链DNA，并激活cGAS-STING信号通路，进而促进I型干扰素和炎症因子的产生，对肿瘤免疫监视和免疫应答具有重要作用。
研究思路分析
研究技术路线图
01锌酚类纳米胶囊的制备与表征
①利用聚乙二醇和aPD-L1在溶液中矿化ZIF，形成aPD-L1负载的ZIF粒子(P@ZIF)。通过引入丹宁酸(TA)对P@ZIF进行刻蚀，形成空心结构，同时TA的引入促进了H+离子的渗透，为后续的刻蚀过程提供了条件。
②利用π-π堆叠和氢键作用将米托蒽醌(MTO)吸附至空心结构的表面，为纳米胶囊提供了化疗药物的载荷。为了提高纳米胶囊的稳定性和生物分布，通过共挤出策略将红细胞膜涂覆于MP@Cap表面，形成RMP@Cap，使其形态从二十面体变为球形。
③RMP@Cap在不同pH值下的MTO和aPD-L1的释放行为，发现在模拟肿瘤微环境的酸性条件下，药物释放速率显著增加。且通过免疫荧光染色显示了RMP@Cap在肿瘤部位的高积累。
02细胞摄取和STING通路的激活
①通过体外细胞毒性实验，发现RM@Cap对肿瘤细胞具有选择性毒性。利用荧光染色和共定位技术，证实了细胞对RM@Cap的有效内化和溶酶体逃逸能力。
②RM@Cap中的MTO可诱导细胞核DNA损伤，而Zn2+可激活cGAS-STING途径。通过Western Blot和ELISA实验，观察到RM@Cap显著提升了cGAS蛋白表达、STING相关蛋白的磷酸化水平以及IFN-β、IL-6和TNF-α的分泌，表明RM@Cap能有效激活STING途径，为癌症免疫治疗提供了有利的条件。
03细胞摄取RM@Cap后STING通路激活的机制
①RM@Cap处理后的4T1细胞表现出气球状形态，最终导致细胞肿胀和裂解。RM@Cap能激活细胞内STING途径，同时触发焦亡。而通过Hoechst/PI染色和LDH释放实验证实了焦亡的发生。
②Western Blot和qRT-PCR结果显示，RM@Cap组中NLRP3炎症小体的表达上调，且在STING抑制剂存在下表达降低，表明STING途径在NLRP3激活和随后焦亡中起关键作用。
③RM@Cap还促进了GSDMD-N的表达，证实了NLRP3-Caspase-1-GSDMD途径的激活。焦亡引起的线粒体损伤导致mtDNA释放，进一步激活STING途径。此外，RM@Cap诱导的焦亡能够引起免疫原性细胞死亡，释放DAMPs，促进DC成熟和BMDMs中IFN-β的分泌，从而增强抗肿瘤免疫反应。
04RM@Cap激活的细胞焦亡机制
①RM@Cap具有良好的生物安全性。在体内外荧光分布评估中，RMP@Cap显示出在肿瘤部位的优异积累能力和在血液中的长期循环能力。
②在小鼠模型中，RMP@Cap显示出比单独注射aPD-L1更强的肿瘤靶向和传递效果。RMP@Cap在抑制肿瘤生长和远端转移方面显示出优于RM@Cap的效果，表明RMP@Cap可以有效抑制远端肿瘤生长，提高肿瘤对aPD-L1治疗的敏感性。
05体内抗肿瘤效率的评估
①构建了4T1小鼠模型来评估RMP@Cap诱导的体内抗肿瘤免疫效果。利用流式细胞术等技术，发现RMP@Cap能显著增加成熟树突状细胞(mDCs)的比例。
②此外，RMP@Cap处理显著提高了肿瘤组织和脾脏中的CD4+T和CD8+T细胞比例，有效促进了T细胞在肿瘤中的招募。还观察到RMP@Cap减少了肿瘤微环境中的髓源性抑制细胞（MDSCs）的数量。
③RMP@Cap还抑制了MDSCs的增殖，并激活了NK细胞，从而增强了免疫反应。此外，RMP@Cap在肿瘤组织中成功激活了STING途径和诱导了焦亡，增强了肿瘤免疫原性，促进了治疗性免疫细胞的浸润，将肿瘤微环境从“冷”转变为“热”，从而有效治疗三阴性乳腺癌。
图1. 锌-酚醛纳米胶囊的示意图和激活细胞焦亡的机制图和STING通路的刺激剂以增强TNBC免疫疗法
图2. RMP@Cap的制备和表征
图3. 细胞RM@Cap摄取后STING通路激活机制研究
图4. RM@Cap活化细胞焦亡机制研究
图5. 不同治疗后体内抗肿瘤效率的评估
图6. 体内RMP@Cap免疫激活机制研究
图7. Abstract
结论与讨论
研究成功开发了一种RMP@Cap，通过激活STING通路和诱导肿瘤细胞焦亡，显著增强了抗肿瘤免疫反应。RMP@Cap在体内外实验中均显示出促进DCs成熟、增加记忆T细胞、降低MDSCs数量，从而有效抑制肿瘤生长和转移。
此外，研究还需深入优化纳米胶囊的生物相容性和靶向性，以实现更精准的肿瘤治疗。探索不同肿瘤类型中RMP@Cap的应用潜力，以及与其他免疫治疗手段的联合使用，也是未来研究的重要方向。