《自然·纳米技术》：超声“泡打”癌细胞，激活机体免疫，增强免疫治疗

免疫检查点抑制剂为许多肿瘤的治疗，如黑色素瘤、非小细胞肺癌和肾癌等，带来了巨大的变革。然而，能从免疫检查点抑制剂治疗中获益的患者仍占少数[1]。因此，开发一种更有效的免疫治疗策略一直是临床中研究的热点与重点[2]。

来自MD安德森癌症中心的Wen Jiang教授团队与西南医学中心的Jacques Lux 教授团队，联手开发了一种微泡辅助、超声引导的癌症免疫（MUSIC）治疗策略，可有效激活机体免疫，并提高免疫检查点抑制剂的治疗效果。

他们发现，与单独使用免疫检查点抑制剂治疗相比，MUSIC策略与免疫检查点抑制剂联用使小鼠的中位生存时间增加了76%，该研究结果于近日发表在《自然·纳米技术》杂志上[3]。

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胞内的天然免疫感受器环状GMP-AMP合酶-干扰素基因刺激因子（cGAS-STING）信号通路，是通过抗原提呈细胞（APC）启动适应性抗肿瘤免疫的关键途径，该通路的激活可刺激I型干扰素反应，进而活化肿瘤特异性细胞毒性T细胞[4]。

然而，cGAS-STING通路的天然激动剂，如环状GMP-AMP（cGAMP），难以进入胞内、血清稳定性差、低特异性和组织清除速率高[5]，且cGAS-STING通路的非特异性激活可引起广泛的炎症反应[6]，这些因素都阻碍其进行临床转化。

为了能使cGAMP更有效地靶向激活APC内的cGAS-STING通路，Wen Jiang教授团队与Jacques Lux 教授团队将携带有cGAMP的纳米复合体，连接到靶向（抗CD11b）APC的微泡上（ncMB），在超声的介导下，与APC结合的微泡发生振荡，在细胞膜上产生瞬时孔道[7]，从而能够将cGAMP输送到APC胞浆中，进而激活cGAS-STING通路和下游的炎症反应，活化肿瘤特异性T细胞。

MUSIC策略机制示意图

为了验证了ncMB靶向到APC及将cGAMP释放到APC内的能力，研究人员将ncMB加入到THP-1巨噬细胞（CD11b⁺）或EO771乳腺癌细胞（CD11b^-）中，结果发现ncMB可与THP-1巨噬细胞形成丰富的细胞-ncMB复合体，而与EO771细胞共孵育后未见细胞-ncMB复合体。

在使用频率为1 MHz的超声对与ncMB共孵育的小鼠骨髓来源的巨噬细胞进行处理后，巨噬细胞内的cGAMP浓度比与游离cGAMP共孵育的巨噬细胞增加约4倍，且使用MUSIC治疗策略（ncMB+超声）并不会对细胞的存活产生显著影响。

ncMB靶向到APC并将cGAMP释放到APC内

紧接着，研究人员验证了MUSIC治疗策略是否可激活cGAS-STING及其下游I型干扰素信号通路。

实验结果显示，采用MUSIC治疗策略对巨噬细胞和树突状细胞进行干预后，细胞内STING及干扰素调节因子3（IRF3）磷酸化显著增加，且磷酸化IRF3入核明显增加，同时STING下游的另一通路NF-κB也被明显激活。

这些结果都表明，MUSIC治疗策略可显著激活cGAS-STING及其下游I型干扰素信号通路。

此外，被MUSIC治疗策略激活cGAS-STING通路的巨噬细胞和树突状细胞，还可显著增强CD8⁺T细胞和CD4⁺T细胞的增殖能力。

在体外验证了MUSIC治疗策略可有效激活APC内cGAS-STING通路，进而激活抗肿瘤免疫反应后，研究人员开始在体内验证MUSIC治疗策略的抗肿瘤效果。

体内研究结果显示，MUSIC治疗策略同样能特异性地在APC内激活cGAS-STING通路，且肿瘤内CD8⁺T细胞和CD4⁺T细胞数目明显增加。

MUSIC治疗策略在体内可特异性地在APC内激活cGAS-STING通路，且肿瘤内CD8⁺T细胞和CD4⁺T细胞数目明显增加

他们还观察到与对照组相比，使用MUSIC治疗策略（每隔1天进行3次治疗）进行干预的小鼠乳腺癌肿瘤生长受到明显抑制，其生存时间也明显更长。在10只接受MUSIC治疗的小鼠中，有6只观察到肿瘤完全消失。

而在STING敲除（STING^-/-）的小鼠中没有观察到MUSIC策略的抗肿瘤效果。值得注意的是，这些接受MUSIC策略治疗且肿瘤完全消失的小鼠再次接种肿瘤细胞后，无法成瘤，这表明MUSIC治疗策略还可使机体产生抗肿瘤免疫记忆反应。

MUSIC治疗策略可抑制的小鼠肿瘤生长

研究人员使用流式细胞仪对肿瘤组织样本进行分析后发现，MUSIC策略治疗后CD44^HighCD62L^Low效应记忆和CD44^HighCD62L^High中央记忆细胞的数量增加。

此外，将肿瘤细胞与接受MUSIC治疗后的荷瘤小鼠的脾脏中收集到的T细胞共培养时，研究人员观察到了明显的干扰素-γ反应，再次证实了MUSIC治疗策略可使机体产生免疫记忆。

由于干扰素-γ可诱导免疫检查点PD-L1等的表达[8]，研究人员检测了T细胞和肿瘤细胞上PD-1和PD-L1的表达水平。

他们发现，在MUSIC治疗策略组中，超过95%的肿瘤内CD8⁺T细胞表达PD-1，肿瘤组织PD-L1的表达也与干扰素-γ水平呈正相关。这提示MUSIC治疗策略与免疫检查点抑制剂联用或可进一步增强抗肿瘤效果。

肿瘤组织PD-L1的表达与干扰素-γ水平呈正相关

研究人员在自发转移性三阴性4T1乳腺癌荷瘤小鼠身上开展了联合治疗实验。

他们发现，与单独使用任何一种治疗方法相比，MUSIC治疗策略联合PD-1抑制剂不仅显示出更强的原发肿瘤抑制效果，还极大地减缓了肿瘤转移（肺部转移显著减少）。相比于单独使用PD-1抑制剂治疗，联合治疗组小鼠的中位生存时间增加了76%。

与单独使用任何一种治疗方法相比，MUSIC治疗策略联合PD-1抑制剂显示出更强的原发肿瘤抑制效果，且极大地减缓了肿瘤转移。

参考文献

1.Jerby-Arnon L, Shah P, Cuoco MS, Rodman C, Su MJ, Melms JC, Leeson R, Kanodia A, Mei S, Lin JR et al: A Cancer Cell Program Promotes T Cell Exclusion and Resistance to Checkpoint Blockade. Cell 2018, 175(4):984-997 e924.

2.Alsaiari SK, Qutub SS, Sun S, Baslyman W, Aldehaiman M, Alyami M, Almalik A, Halwani R, Merzaban J, Mao Z et al: Sustained and targeted delivery of checkpoint inhibitors by metal-organic frameworks for cancer immunotherapy. Sci Adv 2021, 7(4).

3.Li X, Khorsandi S, Wang Y, Santelli J, Huntoon K, Nguyen N, Yang M, Lee D, Lu Y, Gao R et al: Cancer immunotherapy based on image-guided STING activation by nucleotide nanocomplex-decorated ultrasound microbubbles. Nature Nanotechnology 2022.

4.Reislander T, Groelly FJ, Tarsounas M: DNA Damage and Cancer Immunotherapy: A STING in the Tale. Mol Cell 2020, 80(1):21-28.

5.Chin EN, Yu C, Vartabedian VF, Jia Y, Kumar M, Gamo AM, Vernier W, Ali SH, Kissai M, Lazar DC et al: Antitumor activity of a systemic STING-activating non-nucleotide cGAMP mimetic. Science 2020, 369(6506):993-999.

6.Decout A, Katz JD, Venkatraman S, Ablasser A: The cGAS-STING pathway as a therapeutic target in inflammatory diseases. Nat Rev Immunol 2021, 21(9):548-569.

7.Guo Y, Lee H, Fang Z, Velalopoulou A, Kim J, Thomas MB, Liu J, Abramowitz RG, Kim Y, Coskun AF et al: Single-cell analysis reveals effective siRNA delivery in brain tumors with microbubble-enhanced ultrasound and cationic nanoparticles. Sci Adv 2021, 7(18).

8.Lucas ED, Finlon JM, Burchill MA, McCarthy MK, Morrison TE, Colpitts TM, Tamburini BAJ: Type 1 IFN and PD-L1 Coordinate Lymphatic Endothelial Cell Expansion and Contraction during an Inflammatory Immune Response. J Immunol 2018, 201(6):1735-1747.