石虎兵课题组发现臭氧靶向递送-微波可控释放纳米系统可增敏三阴乳腺癌免疫检查点阻断疗法

        三阴乳腺癌（TNBC）具有极强的侵袭性和异质性，复发转移率和死亡率高，是预后最差的乳腺癌亚型[1]。由于TNBC缺乏有效治疗靶点，探索其治疗新途径长期以来处于国际研究前沿。当前，以阻断肿瘤免疫检查点为突破口的anti-PD-1/anti-PD-L1疗法被认为是TNBC最有前景的治疗途径之一，但其响应率低[2, 3]。其原因是肿瘤抗原暴露及呈递不足，致使大多数TNBC肿瘤为T细胞缺乏的免疫“冷”肿瘤。因此，进一步提高肿瘤抗原暴露程度对提高anti-PD-1在TNBC中的响应率具有重要意义。

        臭氧（O3）是氧的三原子同素异形体，其氧化能力仅次于氟烷和过硫酸盐，是一种强氧化剂。高浓度的O3不仅能够直接杀伤细胞，其作用过程中产生的过量活性氧（ROS）能够进一步触发内质网应激和细胞凋亡，释放引发免疫应答的损伤相关的分子模式（DAMPs）如Caltretitulin（CRT）、ATP和HMGB1，从而诱导癌细胞发生免疫原性细胞死亡（ICD），打破肿瘤细胞的免疫耐受状态。基于以上独特的生物学效应，将O3运用于肿瘤治疗领域潜力巨大。然而，由于缺乏将臭氧直接递送到肿瘤及对其释放或运输进行控制的有效方法，针对臭氧在肿瘤及其微环境的药理效应及机制研究难以开展，在体内运用臭氧的安全性无法保障[4]。因此，如何实现精确输送和可控释放是臭氧在肿瘤治疗领域亟待解决的关键问题。

        四川大学石虎兵教授研究团队联合四川大学华西医院超声医学科彭玉兰教授研究团队聚焦以上两个前沿研究领域，设计了聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）偶联iRGD并包载全氟萘烷（PFD）以吸附臭氧的纳米药物递送系统iPPO，实现将O3精准递送至肿瘤，在微波（MW）的操控下将O3释放于肿瘤部位，达到杀伤肿瘤细胞的目的（图1）。

图1. 研究思路图

        PFD是直接携载气体的主流物质之一。氟元素的高电负性赋予PFD良好的气体溶解性和分散性，使其成为绝佳的气体输送物质，结合MW可操作性高、组织穿透能力强的优势，本研究证明iPPO具备良好的O3载率及MW响应能力；以亚甲蓝及对苯二甲酸为指示剂表征证明MW除了能够释放PFD中的O3，还具有促进O3生成羟基自由基的能力。体内分布显示耦联了iRGD的iPPO具备良好的肿瘤靶向能力，由此极大的降低了O3对机体的毒副作用。细胞实验验证MW触发下iPPO释放O3可诱导明显的细胞凋亡，进一步对肿瘤细胞DAMPs标志蛋白检测结果显示，MW操控细胞内iPPO释放O3显著导致细胞HMGB1外泌、ATP外漏及        CRT膜外翻，诱导肿瘤部位ICD的发生，增加肿瘤抗原暴露.将该递送系统联合免疫检查点抑制剂治疗TNBC的体内实验结果表明，O3肿瘤靶向递送-MW可控释放纳米系统联合anti-PD-1有效地将免疫“冷肿瘤”转变为“热肿瘤”，并表现出良好的原位瘤及远端瘤杀伤效应及体内安全性。

文章结论与讨论，启发与展望

        该文章创新性地使用O3作为肿瘤治疗中活性氧物种供体，选取了已获美国FDA和欧洲药品管理局EMA的批准列为药物辅料的PLGA作为药物载体，制备纳米递送系统，体外利用微波的非热效应定点释放O3，促进其分解产生更加活泼的活性氧物种，极大地避免了周围组织热损伤。同时，在杀伤肿瘤细胞的同时促进了免疫检查点阻断治疗，从而为三阴乳腺癌的免疫治疗提供了一种新型联合策略，为O3的体内运用提供了创新形式。该创新药物递送系统具有良好的应用前景，在乳腺癌和其它恶性实体瘤中值得进一步深入探索。

        该成果于2022年10月在Journal of Controlled Release（影响因子11.467，JCR学科“药理学、毒理学和药剂学”171种期刊排名第4位）杂志，四川大学宋琳琳博士，郑丹博士后，四川大学华西医院超声科主治医师徐金顺为该论文的第一作者，四川大学石虎兵教授和四川大学华西医院超声医学科彭玉兰教授为该论文的共同通讯作者。

Linlin Song, Dan Zheng, Jinshun Xu, Tianyue Xu, Zhihui Liu, Huan Zhang, Yi Li, Yulan Peng, Hubing Shi. Improvement of TNBC immune checkpoint blockade with a microwave-controlled ozone release nanosystem. Journal of Controlled Release, 2022, 351, 954-969.

参考文献

  1. Byrd, D.R., et al., Current and future cancer staging after neoadjuvant treatment for solid tumors.CA Cancer J Clin, 2021. 71(2): p. 140-148.
  2. Bianchini, G., et al., Treatment landscape of triple-negative breast cancer – expanded options, evolving needs.Nat Rev Clin Oncol, 2022. 19(2): p. 91-113.
  3. Franzoi, M.A., E. Romano, and M. Piccart, Immunotherapy for early breast cancer: too soon, too superficial, or just right?Ann Oncol, 2021. 32(3): p. 323-336.
  4. Santos, G.M., et al., Effectiveness and Safety of Ozone Therapy in Dental Caries Treatment: Systematic Review and Meta-analysis.J Evid Based Dent Pract, 2020. 20(4): p. 101472.

供稿：宋琳琳
编辑：宋金恩