协同免疫原性死亡增强放疗介导的远端效应

【摘要】：放射疗法(Radiation Therapy,RT)作为临床上广泛应用的癌症治疗手段,由于其全身性毒副作用小且疗效确切,临床上超过50%的癌症患者都接受过放射治疗。并且局部X-rays照射能够促使肿瘤细胞经历免疫原性死亡(ICD)过程,释放肿瘤相关抗原(TAAs)和危险相关模式分子包括钙网蛋白(CRT)、高迁移率族蛋白B1(HMGB1)和三磷酸腺苷(ATP)等免疫刺激型因子,进一步激活树突状细胞(DCs)的成熟与迁移,进而刺激Naive T细胞活化、增殖、分化为效应T细胞,引起“远端效应”。然而,受到“肿瘤免疫抑制性微环境”的影响,肿瘤组织内部放疗介导的免疫激活过程却显得非常困难。实体肿瘤内部由于氧气的供需不平衡导致存在大量的“乏氧区域”,同时由于需要抵抗肿瘤内部不断提高的氧化应激水平,肿瘤组织内部的抗氧化水平(如GSH等)也在不断提高,这样的环境导致放疗不能充分地发挥作用,所介导的免疫原性细胞死亡水平显著降低。此外,肿瘤微环境(TME)中存在的大量免疫抑制性细胞,例如肿瘤相关巨噬细胞(TAMs),调节性T细胞(Tregs),髓源抑制性细胞(MDSCs)等和可溶性细胞因子(TGF-β,VEGF,IL-10等),对于抗原递呈细胞(APCs)的激活、迁移等过程造了成明显的抑制,最终导致放疗介导的免疫激活过程严重受阻,临床远端效应的发生率远低于1%。本论文主要围绕“如何增强放疗介导的远端效应”以及“如何增加免疫检查点阻断疗法的响应率”分别进行了第二章和第三章的研究。第二章的研究内容主要集中在协同增强放疗介导的免疫原性死亡并靶向肿瘤细胞内的乏氧还原微环境来放大氧化应激,以增强放疗诱导的“远端效应”。我们基于临床上常用的Gd~(3+)以及生物体中广泛存在的5'-GMP利用超分子自组装技术构建形成纳米级配位聚合物(NCPs,Nanoscale Coordination Polymers)Gd~(3+)/5'-GMP NCPs。并且,利用π-π堆叠的作用将具有过氧化物酶活性的Hemin(PANHEMATIN~(?))整合在NCPs中,形成了新颖的纳米级放疗增敏剂Hemin@Gd~(3+)/5'-GMP(H@Gd-NCPs)。由于高序数元素“Gd”的存在,它不仅可以作为一种出色的核磁造影剂,发挥比临床上常用的核磁造影剂马根维显更好的效果,还能在相对低的放疗剂量下利用高序数原子Gd有效地沉积、散射以及发射X-rays,增加局部放射治疗的敏感性;而且,它还能通过具有过氧化物酶样活性的氯化血红素(Hemin)利用肿瘤微环境中过表达的H_2O_2和GSH,放大细胞内的氧化应激,显著增加远端效应的发生率和免疫检查点阻断疗法的响应率。第三章的研究内容主要集中在协同增强放疗介导的免疫原性死亡并靶向耗竭肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)来重塑肿瘤免疫抑制微环境,以增强放疗诱导的“远端效应”。我们同样基于临床上的Gd~(3+)以及上市药物唑来膦酸(Zol)利用超分子自组装技术构建形成一种“无载体”的纳米棒状放疗增敏剂Zol/Gd~(3+)Nanorods(ZGd-NRs),该纳米棒不仅可以有效地降低游离Gd~(3+)与Zol的毒性,并且有利于肿瘤相关巨噬细胞的摄取,延长在肿瘤组织中的蓄积循环时间。由于高序数元素“Gd”的存在,能在相对较低的放射剂量下,有效地沉积、散射以及发射X-rays,增加局部放射治疗的敏感性,促使肿瘤细胞经历免疫原性死亡(ICD)过程,增加肿瘤相关抗原(TAAs)的释放,并招募与激活树突状细胞(DCs)。另一方面,唑来膦酸的引入可以有效地耗竭TAMs,抑制IL-10、TGF-β、VEGF等细胞因子的分泌,重塑免疫抑制微环境,为抗原递呈细胞的激活与成熟进一步扫清障碍,从而增加远端效应的发生率和免疫检查点阻断疗法的响应率。总之,将H@Gd-NCPs或ZGd-NRs介导的放疗与免疫检查点阻断疗法(CBI)联用,能够在小鼠结直肠癌远端模型和三阴性乳腺癌转移模型中,有效地提高免疫检查点阻断疗法的响应率,激活全身性的抗肿瘤免疫反应,将放疗的原位治疗效果扩大到远端肿瘤。更重要的是,H@Gd-NCPs和ZGd-NRs均以其优良的生物相容性和治疗效果,使得它们具有巨大潜力向临床转化。