结肠癌(结直肠癌)起源于结肠或直肠,其五年生存率约为64%,而晚期或转移性病例的生存率显著下降至14%。免疫逃逸和转移是其进展和预后不良的关键机制。目前的临床治疗手段(手术、化疗、免疫疗法)在激活免疫反应和逆转免疫冷肿瘤微环境方面效果有限,导致治疗失败和患者死亡。因此,探索增强抗肿瘤免疫并预防转移的方法至关重要。
铁死亡是一种由铁依赖性脂质过氧化驱动的细胞死亡方式,靶向铁死亡信号通路是结肠癌治疗的潜在途径。铁死亡抑制蛋白1(FSP1)通过将辅酶Q10转化为泛醇保护癌细胞免受铁死亡。FSP1抑制可促进脂质过氧化物积累,触发铁死亡,释放肿瘤抗原和危险信号,激活免疫细胞,增强抗肿瘤免疫。然而,细胞内抗氧化剂(如谷胱甘肽GSH)可能阻碍FSP1抑制的效果。
光动力疗法(PDT)通过光敏剂在光照射下产生活性氧(ROS),可增强氧化应激,消除抗氧化剂,促进脂质过氧化。PDT已获FDA批准用于多种癌症治疗,且有临床试验用于结肠癌。PDT可触发免疫原性细胞死亡(ICD),释放损伤相关分子模式(DAMPs),与铁死亡协同刺激免疫细胞,引发强大抗肿瘤免疫。但一些FDA批准的光敏剂(如Verteporfin和叶绿素e6)存在溶解性差、药代动力学不佳和靶向效果有限等问题,限制了其在结肠癌治疗中的应用。
针对上述问题,香港大学汪卫平教授团队提设计了一种光敏型脂质纳米颗粒(LNP)制剂,用于联合递送FSP1 siRNA与光敏剂,以实现结肠癌免疫治疗的协同效应(图1),维替泊芬与脂质成分共组装形成具有高siRNA载药能力的LNP。通过引入阳离子辅助脂质DOTAP对表面特性进行调控,进一步优化了负载维替泊芬的光敏型LNP,从而提升其在结肠癌细胞中的siRNA转染效率。光敏脂质纳米颗粒(FSP1/LNPs)通过沉默FSP1基因并产生活性氧(ROS),在结肠癌细胞中引发协同性铁死亡效应。这种机制进一步诱导免疫细胞死亡(ICD)和肿瘤抗原释放,从而促进树突状细胞(DC)成熟及细胞毒性T淋巴细胞活化。该研究证实FSP1基因沉默与光动力疗法(PDT)在结肠癌细胞中具有显著协同效应,为光敏脂质纳米颗粒在癌症治疗中的临床转化开辟了新途径。该文章于2025年7月15日以《Living therapeutics of nonpathogenic bacteria as biosynthesis factory and active carriers for enhancing tumor-targeted therapy》为题发表于《ACS Nano》(DOI:10.1021/acsnano.5c06115)。
图1. FSP1/LNPs的生物合成和抗肿瘤治疗示意图
(1)光敏脂质纳米粒子的筛选与优化
为了制备光敏脂质纳米粒子(LNPs),将不同光响应小分子(如卟啉、吲哚菁、BODIPY)以5mol%或10mol%的摩尔比掺入LNP配方(图2A、B)。DLS结果显示,这些分子可成功掺入LNPs,尺寸为125-175nm,PDI小于0.3(图2D)。琼脂糖凝胶电泳表明,仅卟啉类分子(如Ce6、Verteporfin、Hemin)能与脂质共组装且不影响siRNA包载(图2C)。最终,具有NIR光响应性的FDA批准光敏剂Verteporfin被选为制备光敏LNPs的材料,其摩尔比为5mol%。,阳离子脂质DOTAP能显著提高LNPs的细胞内化和内质网逃逸能力。CT26细胞与含0或5mol% DOTAP的光敏LNPs孵育,CLSM成像显示,5mol% DOTAP组的siRNA与内质网信号共定位水平低于0mol%组(图2I)。因此,选择了5mol% DOTAP和5mol% DSPC作为辅助脂质,以优化LNP配方。鉴于MC3 LNPs在某些癌细胞中siRNA转染效率有限,通过调节光敏LNPs的表面性质,以优化其在结肠癌细胞中的siRNA递送效率。随着DOTAP摩尔比从0增加到10mol%,LNPs的尺寸从130nm增加到190nm,PDI略有下降(图2E),Zeta电位从-16.2mV增加到3.5mV(图2F)。5mol% DOTAP的LNPs在1小时和4小时后的细胞摄取水平分别比不含DOTAP的LNPs高出2.54倍和2.06倍(图2H)。因此,选择了5mol% DOTAP和5mol% DSPC作为辅助脂质。
图2.光敏型脂质纳米颗粒(LNP)制剂的筛选与优化。(A)含有不同卟啉类、吲哚菁类或BODIPY基光响应分子的溶液示意图,分别采用高和低摩尔比配制。(B)不同卟啉类、吲哚菁类或BODIPY基光响应分子的化学结构示意图。(C)含10 mol %光响应分子的siRNA负载型光敏LNP制剂琼脂糖凝胶电泳检测结果。(D)含10 mol %光响应分子的光敏LNP制剂粒径与PDI值对比。(E)不同DOTAP摩尔比负载维替泊芬的光敏LNP粒径与PDI值对比。(F)不同DOTAP摩尔比下负载维替泊芬的光敏脂质纳米颗粒(Zeta电位值,n=3)。(G)细胞孵育4小时后的流式细胞术检测结果。(H) CT26细胞经不同DOTAP摩尔比负载维替泊芬的光敏脂质纳米颗粒在1或4小时后的细胞内化水平。(I)不含DOTAP与含5 mol %DOTAP的光敏脂质纳米颗粒的内体逃逸能力对比
(2)FSP1/LNPs的制备与表征
为了制备FSP1/LNPs,将FSP1 siRNA包裹在设计好的光敏LNPs中。FSP1/LNPs的尺寸为145.43±2.55nm,PDI值为0.11±0.05,表明制备后具有良好的尺寸分布(图3A)。透射电子显微镜(TEM)成像显示,纳米粒子呈球形且分散良好,与尺寸分布结果一致。测量得到的Zeta电位为-2.75±0.51mV,负表面电荷可能有助于静脉注射后延长血液循环时间(图3B)。此外,纳米粒子在磷酸盐缓冲液(PBS)或胎牛血清(FBS)中在生理条件下至少可稳定96小时,尺寸约为150nm(图3C)。为了研究合适的N/P比,进行了琼脂糖凝胶电泳,结果表明,当N/P比超过3时,纳米粒子展现出良好的siRNA包载能力(图3D)。UV-vis吸收光谱分析表明,FSP1/LNPs在254nm(FSP1 siRNA的峰值)以及420和690nm(Verteporfin的峰值)处展现出显著的吸收峰,表明成功包裹了这两种药物分子(图3E)。细胞毒性实验表明,CT26细胞在经过不同浓度的Verteporfin和FSP1 siRNA处理后,其细胞活性在光照条件下显著降低(图3F)。通过SynergyFinder在线平台计算得出的协同分数表明,FSP1基因沉默和光动力疗法(PDT)之间存在显著的协同效应(图3G)。这表明,FSP1 siRNA和Verteporfin可以被成功包载到工程化的LNP配方中,并且FSP1基因沉默与PDT在结肠癌细胞中具有显著的协同效应。
图3. FSP1/LNPs的制备与表征。(A) FSP1/LNPs粒径分布及透射电镜图像(比例尺:200 nm)。(B)FSP1/LNPs的Zeta电位。(C) FSP1/LNPs在37°C PBS溶液中稳定性测试(96小时,数据以均值±标准差表示,n = 3)。(D)不同N/P比的FSP1/LNPs琼脂糖凝胶电泳分析。(E)FSP1 siRNA、Verteporfin及FSP1/LNPs的UV−vis吸收光谱。(F)CT26细胞经Verteporfin和FSP1 siRNA处理后光照存活率。(G) CT26细胞经光照处理后Verteporfin与FSP1 siRNA的协同效应评分。(H)免疫共沉淀实验显示游离siRNA、Lipo3000-siRNA复合物及光敏脂质纳米颗粒的细胞摄取水平(n = 3)。(I) CT26细胞经不同内吞抑制剂处理后FSP1/LNPs的细胞内化水平(n = 3)
(3)FSP1/LNP的细胞毒性和FSP1基因沉默效应
由于FSP1 siRNA和Verteporfin已成功包裹进光敏脂质纳米粒子(LNPs)中,接下来研究了它们在结肠癌细胞中的内化行为。与Lipofectamine 3000(Lipo3000)相比,纳米粒子在将siRNA递送至CT26细胞方面表现出略微更好的转染能力(图3H)。同时,FSP1/LNPs也能促进Verteporfin的细胞内递送,表明其能够共同递送疏水性药物分子和基因治疗药物用于癌症治疗(图S8)。为了探索光敏LNPs的内吞途径,CT26细胞在FSP1/LNPs处理前预先用各种内吞抑制剂处理。结果表明,M-β-CD、氯丙嗪和基因斯坦能显著降低细胞摄取水平,表明FSP1/LNPs主要通过脂筏、网格蛋白和洞穴体介导的内吞途径进入细胞(图3I)。为了探索纳米粒子的抗肿瘤性能,CT26细胞暴露于FSP1/LNPs或阴性对照siRNA包裹的光敏LNPs(NC/LNPs)中,有或没有光照。MTT实验结果表明,与不同浓度的对照组相比,FSP1/LNPs(+)组能显著抑制结肠癌细胞增殖(图4A)。此外,结果表明,FSP1/LNPs(+)组能促进乳酸脱氢酶(LDH)释放,表明该处理破坏了CT26细胞的细胞膜完整性,并诱导了细胞膜孔的形成(图4B)。
为了确定结肠癌细胞中的氧化应激情况,采用DCFH-DA检测细胞内活性氧(ROS)水平。流式细胞仪结果表明,NC/LNPs(+)和FSP1/LNPs(-)组均能增加细胞内ROS水平,这可能分别源于PDT效应和FSP1抑制诱导的铁死亡(图4C)。特别是,FSP1/LNPs(+)组与其它组相比展现出最高的ROS生成水平,表明PDT与铁死亡之间的协同作用增强了氧化应激。此外,FSP1/LNPs能促进结肠癌细胞凋亡,在NIR光照射后,与NC/LNPs(+)组相比,FSP1/LNPs(+)组的晚期凋亡水平高出1.71倍(图4D、E)。此外,活死细胞染色实验也显示出类似的趋势,FSP1/LNPs(+)组的细胞死亡水平最高(图4F)。为了探索FSP1基因沉默效果,qPCR实验结果表明,与对照组相比,FSP1/LNPs能显著降低结肠癌细胞中FSP1 mRNA表达水平(图4G)。此外,Western blot实验表明,与对照组相比,FSP1/LNPs(+)组的FSP1蛋白表达水平降低了57%(图4H)。这些结果验证了FSP1/LNPs在结肠癌细胞中有效沉默FSP1基因的能力。鉴于FSP1在保护细胞免受铁死亡中的关键作用,其表达水平的降低可能会破坏这种平衡,并进一步促进脂质过氧化和铁死亡。总之,FSP1 siRNA和Verteporfin可以借助光敏LNP配方高效共递送至CT26细胞中,以降低FSP1基因表达,增强氧化应激,并促进细胞凋亡。
图4. FSP1脂质体的细胞毒性及FSP1基因沉默效果。(A) CT26细胞经不同制剂处理后的存活率。(B)经不同处理的CT26细胞乳酸脱氢酶(LDH)释放量。(C)通过流式细胞术检测CT26细胞活性氧生成。(D)不同制剂处理的CT26细胞凋亡水平。(E)凋亡程度定量分析。(F)不同处理组CT26细胞活死染色结果。(G)不同处理后CT26细胞FSP1 mRNA表达水平。(H)不同处理后CT26细胞FSP1与GAPDH表达水平的Western blot检测
(4)FSP1/LNP引起的铁死亡和氧化损伤
由于光敏脂质纳米粒子(LNPs)能够促进活性氧(ROS)的生成并实现FSP1基因沉默,接下来研究了它们在结肠癌细胞中引起的铁死亡和氧化损伤。首先,通过BODIPY-C11探针检测细胞内脂质过氧化水平,该探针在正常情况下呈现红色荧光,与脂质过氧化物反应后会转变为绿色荧光。共聚焦成像结果显示,与对照组相比,NC/LNPs(+)和FSP1/LNPs(−)组显示出更高的绿色荧光,表明光动力疗法(PDT)和FSP1基因沉默均能触发脂质过氧化(图5A)。然而,经过光照处理的FSP1/LNPs组展现出更强的组合效应,其脂质过氧化水平显著高于其他组(图5B)。FSP1是保护癌细胞免受铁死亡的关键蛋白,通过将辅酶Q10(CoQ10)转化为泛醇(CoQ10H2)发挥作用。因此,采用ELISA试剂盒测定了细胞内CoQ10含量,结果表明,FSP1/LNPs(+)组显著提高了CoQ10水平,这表明经过纳米粒子和光照处理后,FSP1蛋白的生物活性降低(图5C)。为了证实铁死亡的成功诱导,细胞内抗氧化剂如谷胱甘肽(GSH)保护癌细胞免受氧化应激和铁死亡的影响。采用检测试剂盒测定了细胞内GSH水平,结果表明,与对照组相比,经过光照处理的两种LNPs均能降低GSH水平,这可能是由于光动力疗法产生的ROS以及随后的氧化损伤导致GSH消耗(图5D)。通过利用光动力疗法产生ROS并清除还原剂,可能使FSP1 siRNA诱导的铁死亡更加敏感,并增强下游的氧化损伤。
据报道,铁死亡会导致脂质过氧化物的积累,这些过氧化物可能会影响细胞器膜中的脂质,并扩散到细胞核中与DNA形成加合物,从而导致细胞器和细胞核损伤。因此,首先采用γ-H2AX免疫荧光实验评估核损伤水平。共聚焦成像结果显示,与FSP1/LNPs(+)组相比,其他组的绿色荧光强度显著增强,表明经过光照处理的FSP1/LNPs组显著增强了γ-H2AX水平(图5E、F)。此外,DAPI染色显示,FSP1/LNPs处理会影响细胞核形态,使其变得圆润且萎缩。这些结果共同表明,DNA双链断裂和细胞核损伤严重。除了DNA氧化损伤外,线粒体功能也可能因脂质过氧化物的积累而受到损害。采用JC-1实验评估FSP1/LNPs对线粒体膜电位的影响。在正常线粒体中,JC-1形成聚合物并呈现红色荧光,而在受损线粒体中,它会变成单体并呈现绿色荧光。流式细胞仪分析结果表明,与对照组相比,NC/LNPs(+)和FSP1/LNPs(−)组均能降低线粒体膜电位并导致线粒体功能障碍,其红绿比值较低(图S11)。重要的是,经过光照处理的FSP1/LNPs组显示出铁死亡和光动力疗法对线粒体损伤的协同效应(图5G)。此外,采用透射电子显微镜(TEM)观察经过FSP1/LNPs和光照处理后的CT26细胞的线粒体形态。成像结果显示,FSP1/LNPs诱导线粒体嵴结构丧失并导致线粒体碎裂(图5H)。由于线粒体在能量产生和维持细胞稳态中发挥着关键作用,线粒体损伤可能会进一步加剧氧化应激并促进促凋亡因子的释放。
图5. 铁死亡与FSP1/LNPs引发的氧化损伤。(A)共聚焦激光扫描显微镜图像显示不同处理条件下CT26细胞的脂质过氧化水平。(B) BODIPY-C11绿色荧光定量分析显示氧化损伤程度。(C)不同制剂处理CT26细胞后的细胞内辅酶Q10水平。(D) CT26细胞内谷胱甘肽水平。(E)共聚焦显微镜图像显示CT26细胞中γ-H2AX蛋白表达水平。(F) γ-H2AX水平定量分析。(G) JC-1单体标记的CT26细胞比例。(H)正常细胞与FSP1/LNPs(+)处理组CT26细胞的横截面透射电镜图像。(I) NC siRNA与FSP1 siRNA处理对NIH 3T3细胞活力的影响评估。(J)使用NC siRNA或FSP1 siRNA处理后对CT26细胞活力的评估。(K)未进行光照射时对NC/LNPs和FSP1/LNPs孵育的NIH 3T3细胞活力的评估
(5)转录组测序和分析
为了探究FSP1基因沉默和光动力疗法(PDT)对结肠癌细胞的联合效应,对正常或经FSP1/LNPs处理的CT26细胞的总RNA进行了转录组测序分析。在分析的56,691个基因中,FSP1/LNPs(+)组有1,290个基因表达下调,1,437个基因表达上调(图6A)。基因集富集分析(GSEA)显示,差异表达基因(DEGs)在脂质代谢(脂质过氧化)、DNA损伤、表观遗传调控(细胞核损伤)和p53信号通路(促凋亡效应)中显著富集(图S12)。此外,基因本体(GO)富集分析显示,FSP1/LNPs(+)组对DNA结合、细胞器膜、粘附和迁移、细胞增殖以及胆固醇稳态等生化途径产生了显著影响(图S13)。此外,京都基因与基因组百科全书(KEGG)分析表明,胆固醇代谢、IL-17、凋亡和PI3K-Akt等信号通路在FSP1/LNPs处理后受到显著影响。这些通路涉及结肠癌细胞中的脂质过氧化、细胞氧化还原平衡和细胞增殖。具体到差异表达基因,Egr1、Txnip、Btg2和Rnd1基因在铁稳态、氧化还原平衡和抗氧化防御中起关键作用,这些基因在FSP1/LNPs(+)处理后显著上调(图6B)。相反,Cp、Scd1和Sema5a基因可能促进脂质过氧化物的清除并降低对铁死亡的敏感性,这些基因在FSP1/LNPs(+)处理后显著下调。此外,Gadd45g基因的上调表达与DNA损伤调控相关,表明FSP1/LNPs处理后细胞核损伤显著。Rhbdd1基因的下调表达表明线粒体功能障碍和促存活信号通路的中断。最后,四个与迁移相关的基因,包括Nrp2、Grem1、Fn1和Slit3,在FSP1/LNPs(+)处理后显著下调,表明FSP1/LNPs可能抑制结肠癌转移并降低侵袭性。转录组测序分析表明,FSP1/LNPs在光照条件下能够影响与铁死亡和氧化应激相关的基因表达,从而促进FSP1基因沉默和PDT的协同效应。
(6)免疫原性细胞死亡与树突状细胞成熟
为了探索抗肿瘤免疫反应,通过免疫荧光实验检测高迁移率族蛋白1(HMGB1)和钙网蛋白(CRT)的细胞内水平。成像结果显示,与FSP1/LNPs(+)组相比,其他组的细胞核中HMGB1水平显著降低,荧光强度最低(图6C、D)。从CT26细胞中释放的HMGB1可能作为危险信号以刺激抗肿瘤免疫反应。此外,在光照条件下,CRT在FSP1/LNPs组的细胞膜上的表达显著上调,明显高于NC/LNPs(+)和FSP1/LNPs(-)组,表明ROS产生和FSP1抑制的协同作用(图6E、F)。CRT的暴露可能作为免疫原性信号,促进免疫细胞吞噬垂死的癌细胞,从而增强树突状细胞(DCs)的成熟。三磷酸腺苷(ATP)是另一种DAMP信号,除了HMGB1和CRT之外。通过荧光素酶检测试剂盒测定经各种处理后的细胞内ATP水平。如图6I所示,与对照组相比,FSP1/LNPs加光照处理使细胞内ATP水平降低了40%。将骨髓来源的树突状细胞(BMDCs)暴露于经处理的CT26细胞的上清液中。流式细胞仪分析显示,FSP1/LNPs(+)处理显著增加了共刺激标记物CD80和CD86的表达(图6G)。此外,成熟DCs的CD80+CD86+双阳性细胞群从对照组的22.37%增加到FSP1/LNPs(+)组的52.93%(图6H)。据报道,成熟DCs上的CD80和CD86能够增强它们刺激细胞毒性T淋巴细胞的能力,并促进适应性免疫活性。基于上述结果,推测FSP1/LNPs具有在NIR光照条件下促进结肠癌细胞凋亡、DAMPs释放和DC成熟的潜力,以重塑免疫抑制性微环境并激发强大的抗肿瘤免疫反应。
图6. FSP1/脂质纳米颗粒对免疫细胞样浆细胞(ICD)和树突状细胞(DC)成熟的影响。(A)火山图展示正常CT26细胞与经FSP1/脂质纳米颗粒(+)处理的CT26细胞之间的差异表达基因(DEGs)。(B)热图呈现正常细胞与FSP1/脂质纳米颗粒(+)处理细胞间的差异表达基因。(C)共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)图像显示CT26细胞中HMGB1蛋白表达。(D) HMGB1表达定量分析结果。(E) CLSM图像展示CT26细胞中环状转录因子(CRT)表达。(F) CRT表达定量分析结果。(G)流式细胞术检测CT26上清液培养后骨髓树突状细胞(BMDCs)成熟情况。(H)成熟CD80+ CD86+ BMDCs数量统计。(I) CT26细胞内ATP水平的评估
(7)活体成像和抑制肿瘤生长
为探究光敏脂质纳米粒子(LNPs)的生物分布与抗肿瘤生长效果,通过构建了CT26肿瘤的BALB/c小鼠模型。经尾静脉注射后,通过活体成像系统(IVIS)在不同时间点检测游离光敏剂与FSP1/LNPs的生物分布。结果显示,FSP1/LNPs组肿瘤积累水平高于游离药物组,约4小时达到峰值(图7A)。小鼠于24小时后处死,收集肿瘤及主要器官进行IVIS成像。结果表明,纳米粒子主要在肿瘤和肝脏中积累,与之前关于LNPs分布的报道一致(图7B)。定量分析显示,纳米粒子的肿瘤内荧光强度是游离药物的1.75倍,这可能归因于更长的循环时间、优化的表面性质以及增强的渗透与滞留(EPR)效应(图7C)。这些数据表明,工程化的LNP配方在静脉给药后具有高效将药物分子输送至肿瘤组织的能力。因此,在肿瘤部位进行NIR光照时,光敏LNPs将触发氧化损伤和铁死亡,以协同抑制肿瘤进展。
随后,在小鼠肿瘤模型中测试了FSP1/LNPs的治疗效果。小鼠随机分为五组,分别接受指定治疗(图7D)。12天时收集肿瘤并拍照(图7E)。肿瘤体积曲线显示,与对照组相比,FSP1/LNPs(-)和NC/LNPs(+)组均能抑制肿瘤生长,表明FSP1基因沉默和ROS生成对结肠癌治疗具有潜在疗效(图7F)。然而,FSP1/LNPs加激光照射组展现出FSP1 siRNA和Verteporfin的协同效应,具有最低的肿瘤重量和最佳的抗肿瘤效果(图7G)。此外,FSP1/LNPs(+)组的肿瘤坏死和凋亡水平升高,这通过H&E和TUNEL分析得以证实(图7I)。为评估生物安全性,研究者测量了小鼠的体重,结果显示各治疗组间无显著变化(图7H)。这些发现表明,FSP1/LNPs联合NIR激光照射能有效诱导铁死亡和氧化损伤,抑制肿瘤生长,同时具有良好的生物相容性和最小的副作用。
图7. FSP1/脂质纳米颗粒的生物分布与肿瘤生长抑制效果。(A)游离维替泊芬与FSP1/脂质纳米颗粒的生物分布特征评估。(B)治疗后24小时肿瘤及器官的荧光成像。(C)器官与肿瘤荧光信号定量分析。(D)通过光敏脂质纳米颗粒协同FSP1基因沉默与活性氧(ROS)生成抑制肿瘤生长的治疗方案。(E)第12天治疗小鼠肿瘤影像。(F)不同治疗组肿瘤体积评估。(G)各组第12天肿瘤重量对比。(H)小鼠在12天内的体重变化。(I)通过苏木精-伊红染色、TUNEL检测和CRT免疫荧光成像分析的肿瘤组织切片
(8)抗癌免疫反应的评价
鉴于光敏脂质纳米粒子(LNPs)能够诱导铁死亡和氧化应激,从而促进免疫原性细胞死亡(ICD)和树突状细胞(DCs)成熟,研究者假设这种治疗效果可能通过重塑免疫抑制性肿瘤微环境,在体内发挥结肠癌免疫治疗的作用。通过免疫荧光分析肿瘤组织切片发现,激光照射后的光动力疗法(PDT)效应显著增强了NC/LNPs(+)组的CRT表达水平,而FSP1/LNPs(+)组则展现出更强的协同效应(图8F)。已知释放的损伤相关分子模式(DAMPs)对于刺激对癌细胞的免疫攻击至关重要。因此,研究者分离了肿瘤引流淋巴结,以探究其免疫活性。流式细胞仪结果显示,CD45+MHC-II+CD11c+组中成熟DCs的比例从对照组的10.51%增加到NC/LNPs(+)组的19.82%,进一步增加到FSP1/LNPs(+)组的24.57%(图8A、B)。由于成熟的DCs更有效地将肿瘤抗原呈递给T细胞,研究者推测FSP1/LNPs联合光照能够显著促进DC成熟,从而促进T细胞激活和分化,实现有效的免疫治疗。
为探索光敏LNPs治疗后的系统性抗肿瘤免疫反应,研究者构建了CT26双侧肿瘤模型。经系统给药后,仅在右侧腹侧的原发部位进行光照。远处肿瘤组织可以模拟结肠癌的侵袭和转移,以评估LNPs引发的系统性免疫激活。在14天的观察期内,FSP1/LNPs(+)组显著抑制了原发和远处肿瘤组织的进展(图8D、E)。14天时收集并成像肿瘤(图8F、G)。结果显示,FSP1/LNPs(+)组的肿瘤抑制效果最佳,肿瘤重量最小,这与上述发现一致(图8H)。值得注意的是,FSP1/LNPs在远处肿瘤组织中也显示出显著的抑制效果,表明治疗后系统性抗肿瘤免疫反应增强(图8I)。
为阐明介导系统性抗肿瘤免疫的潜在机制,研究者首先测量了原发肿瘤微环境中免疫抑制T细胞的比例。流式细胞仪结果显示,与对照组相比,NC/LNPs(+)组降低了CD45+CD3+CD4+组中FoxP3+调节性T细胞的比例,从13.45%降至6.6%。而FSP1/LNPs(+)组进一步将其降低至2.6%,表明FSP1基因沉默和ROS生成的协同作用能够重塑免疫抑制性肿瘤微环境(图8J、L)。此外,对脾细胞的流式细胞仪分析显示,与NC/LNPs处理相比,FSP1/LNPs(+)处理使CD3+CD8+组中效应记忆T细胞(CD44+CD62L−)的比例从9.98%增加到38.74%(图8K、M)。效应记忆T细胞在抗原识别后能够迅速产生细胞因子和细胞毒性分子,对肿瘤免疫反应至关重要,可防止转移和复发。最后,还通过流式细胞仪检测了原发和远处肿瘤中肿瘤浸润性细胞毒性T淋巴细胞的激活状态,结果显示,与对照组相比,FSP1/LNPs(+)处理显著增加了原发和远处肿瘤中CD45+CD3+组内CD8+细胞毒性T淋巴细胞的比例(图8N、O)。由于细胞毒性T淋巴细胞能够识别并直接杀死癌细胞,FSP1/LNPs诱导的高效T细胞激活有助于更好的肿瘤抑制效果和抗肿瘤免疫。综上所述,这些双侧肿瘤模型中的免疫表型结果表明,FSP1/LNPs能够通过激活T细胞和协调抗肿瘤免疫反应,重塑免疫抑制性肿瘤微环境,并实现持久的肿瘤抑制。
图8. FSP1/光敏脂质纳米颗粒的抗癌免疫应答与远端肿瘤抑制作用。(A)肿瘤引流淋巴结中树突状细胞成熟度评估。(B)CD80+CD86+成熟树突状细胞定量分析。(C)利用光敏脂质纳米颗粒刺激全身抗肿瘤免疫的治疗方案。(D)小鼠原发肿瘤体积变化。(E)远端肿瘤体积变化。(F)第14天原发肿瘤影像图。(G)远端肿瘤影像图。(H)第14天原发肿瘤重量。(I)第14天远端肿瘤重量(。(J)原发肿瘤内FoxP3+调节性T细胞流式细胞术检测。(K)脾脏样本中效应记忆T细胞(CD44+CD62L−)分析。(L)FoxP3+调节性T细胞的定量结果。(M)效应记忆T细胞的定量分析。(N)原发肿瘤内CD8+ T淋巴细胞的定量结果。(O)远端肿瘤内CD8+ T淋巴细胞的定量结果
该团队研究证实了FSP1基因沉默与光动力疗法(PDT)之间具有显著的协同作用,可实现安全高效的结肠癌免疫治疗。为联合递送FSP1 siRNA与光敏剂,研究人员将维替泊芬纳入纳米制剂,与脂质成分共同组装形成具有良好siRNA包封效率的光敏性脂质纳米颗粒(LNPs)。通过调控表面特性进一步优化这些LNPs,可显著提升其在结肠癌细胞中的摄取效率和内体逃逸水平。经近红外光照射后,FSP1/LNPs能通过触发铁死亡和氧化损伤促进细胞凋亡、肿瘤抗原释放及树突状细胞(DC)成熟,为光动力免疫治疗提供支持。在CT26肿瘤模型中,FSP1/LNPs可被动靶向肿瘤组织,在光照下增强全身抗肿瘤免疫应答,抑制原发性和远处肿瘤组织的进展,同时最大限度降低副作用。这种多功能且生物相容性优异的LNPs制剂为结肠癌治疗提供了有效方案,展现出良好的临床应用前景。
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