中科院长春应化所陈学思院士/丁建勋研究员团队：免疫效应聚（D-乳酸）纳米粒子增强抗肿瘤免疫反应

具有相同原子组成的手性材料由于其具有不同的空间结构而表现出不同的化学、物理和生物特性。为了探究不同手性高分子材料的免疫效应，中国科学院长春应用化学研究所陈学思院士和丁建勋研究员团队制备了不同手性的聚乳酸（PLA）纳米粒子，并研究了其作为纳米佐剂与模式抗原卵清蛋白（OVA）结合激活抗肿瘤免疫应答的效果与机制。与PLLA纳米疫苗（PLLA-OVA）相比，PDLA纳米疫苗（PDLA-OVA）可更加有效地刺激树突状细胞成熟、增强抗原交叉提呈、激活T细胞，同时诱导更多的抗OVA免疫球蛋白G（IgG）的产生，从而作为预防或治疗性纳米疫苗有效地抑制小鼠黑色素瘤的发生和进展，在癌症免疫治疗中具有巨大潜力。

手性来源于希腊文cheir，意思是“hand”。手性物体是指两个互为镜像而不能完全重叠的实物。手性可以分为两类，左旋缩写为“L”，右旋缩写为“D”。一般来说，自然界中的物质只有一种光学异构体。例如，天然氨基酸都是L构型，而天然糖都是D构型。这些具有特定手性结构的氨基酸和糖都对动物、植物和微生物中的酶和受体等具有很高的选择性，发挥着不可替代的生物学作用。研究证实，手性生物材料对免疫细胞和免疫系统具有不同的调节作用，其作为免疫佐剂在激活抗癌免疫反应中展现出巨大的潜力。

最近，中国科学院长春应用化学研究所陈学思院士和丁建勋研究员团队开发了一种手性聚乳酸（PLA）纳米粒子作为纳米佐剂用于制备抗肿瘤纳米疫苗，显著激活抗肿瘤免疫反应（图1）。首先，以丙炔胺为引发剂通过丙交酯开环聚合合成不同手性的PLA，然后通过“硫醇-炔”点击化学反应合成端氨基修饰的PLA，即PLA-NH₂。然后通过PLA-NH₂与模式抗原卵清蛋白（OVA）共沉淀制备抗肿瘤纳米疫苗PLA-OVA。从淋巴结迁移、树突状细胞（DC）成熟、抗原提呈、T细胞活化以及对体液免疫的影响等方面，系统地比较了PLLA-OVA和PDLA-OVA的生物学效果。此外，针对小鼠黑色素瘤模型，验证了PLA-OVA纳米疫苗的肿瘤预防和治疗效果。

图1. 手性PLA纳米疫苗的制备及其体内免疫激活机制

如图2a所示，在接种三次PLA-OVA纳米疫苗的雌性C57BL/6N小鼠上同种异体种植B16-OVA细胞并表征其肿瘤预防效果。在肿瘤种植后21天，Control组、OVA组和Alum+OVA组小鼠肿瘤体积急剧增长至2000 mm³左右（图2b-g）。两种PLA-OVA纳米疫苗，特别是PDLA-OVA，表现出优异的肿瘤预防效果。在第25天，PDLA-OVA组小鼠平均肿瘤体积仅约为720 mm³，为PLLA-OVA组的60%。此外，PDLA-OVA和PLLA-OVA免疫组小鼠的存活期显著延长，在第27天存活率分别为80%和70%，其余各组小鼠均已死亡或达到伦理学死亡终点（图2h）。上述结果表明PLA-OVA，特别是PDLA-OVA，是一种很有前途的预防B16-OVA肿瘤进展的纳米疫苗。

图2. PLA-OVA纳米疫苗预防效果评估。（a）验证PLA-OVA纳米疫苗的肿瘤预防效果的免疫计划；（b）经过生理盐水、OVA或PLLA-OVA和PDLA-OVA免疫的小鼠模型中B16-OVA肿瘤的生长曲线和（c−g）单个肿瘤生长曲线；（h）用生理盐水或各种OVA制剂免疫的种植B16-OVA肿瘤的小鼠的存活率

同时，验证了PLA-OVA纳米疫苗对荷B16-OVA肿瘤的小鼠的治疗效果，治疗方案如图3a所示。同样，相比于PLLA-OVA，PDLA-OVA展现出更强的肿瘤抑制能力。在种瘤后第20天，PDLA-OVA和PLLA-OVA的肿瘤抑制率分别为49.1%和65.3%（图3b−h），并且PDLA-OVA联合αPD-1治疗组的肿瘤抑制率高达82.2%，比PDLA-OVA组提高了1.3倍。在所有组中，PDLA-OVA组的荷瘤小鼠具有最高的CD8+IFN-γ⁺ T细胞百分比，这表明PDLA-OVA刺激产生了最强的CD8⁺ T细胞依赖的细胞免疫反应（图3i-j）。相比于PLLA-OVA组，PDLA-OVA组具有更高水平IL-2、TNF-α和IFN-γ细胞因子的分泌。以上结果证实，PDLA-OVA同样也是一种很有应用前景的治疗B16-OVA肿瘤进展的纳米疫苗。

图3. PLA-OVA纳米疫苗对荷瘤小鼠的治疗效果评估。（a）验证PLA-OVA纳米疫苗的肿瘤治疗效果的治疗计划；（b）用生理盐水、OVA、Alum+OVA或PLA-OVA纳米疫苗治疗后小鼠B16-OVA肿瘤平均生长和（c−h）个体肿瘤生长曲线；在另一组B16荷瘤动物中，在第15天收获肿瘤进行（i,j）相关免疫细胞流式分析和（k−m）细胞因子（即IL-2、IFN-γ和TNF-α）水平检测

综上，两种手性PLA-OVA纳米疫苗PLLA-OVA和PDLA-OVA表现出相似的形态、粒度分布和淋巴结迁移能力。相比于PLLA-OVA，PDLA-OVA表现出更强的抗肿瘤免疫激活能力，并且可以更有效地预防和治疗B16-OVA黑色素瘤。高抗原负载量、效率和强大的抗肿瘤免疫激活能力表明该手性策略在开发先进的免疫佐剂和疫苗方面具有巨大潜力。论文第一作者为中国科学院长春应用化学研究所许维国副研究员和宿元祯博士，通讯作者为丁建勋研究员。

详见：Weiguo Xu, Yuanzhen Su, Yang Ma, Qi Wei, Jiazhen Yang, Xiuli Zhuang, Jianxun Ding & Xuesi Chen. Immunologically effective poly(D-lactic acid) nanoparticle enhances anticancer immune response. Sci. China Chem., 2023, doi: 10.1007/s11426-022-1441-7.

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【通讯作者简介】

丁建勋，中国科学院长春应用化学研究所研究员。主要研究方向为生物活性可降解高分子的可控合成及其生物医学应用。通过改变单体化学结构和聚合方式合成结构与性能可控的生物活性可降解高分子，实现药物可控释放、免疫调控和细胞重塑，用于治疗癌症、类风湿性关节炎、组织（骨软骨、神经和皮肤）损伤等疾病。近年来，在Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition等学术期刊上发表论文150余篇，总被他引12,000余次，入选科睿唯安高被引学者。申请中国发明专利60余项，其中30余项已授权。

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