Adv Sci︱林君/李春霞团队合作发现贵金属纳米酶AuPtAg-GOx通过饥饿治疗增强温和光热治疗诱导协同的肿瘤免疫治疗
撰文︱王 曼
责编︱方以一，王思珍
编辑︱杨彬薇近年来，免疫治疗在对抗癌症转移和复发方面取得了重大的突破，尤其是免疫检查点阻断（ICB）治疗[1]。然而，由于免疫原性“冷”肿瘤和含量较低的肿瘤浸润淋巴细胞（TILs），单一的ICB治疗通常效果不理想。幸运的是，基于ICB治疗的不足可以通过协同治疗来弥补，这为有效抑制癌症带来了新的希望[2]。光热治疗（PTT），一种非侵入性的，时空可控的治疗模式已经引起越来越多人的关注[3]。PTT不仅可以通过光热转换试剂将光能转换为热能用于消融肿瘤细胞，还会提高肿瘤的免疫原性，增强TIL的招募，从而促进ICB治疗[4]。但是由于光热过程中会上调保护性的热休克蛋白（HSPs）[5]，常常会导致不理想的治疗效果。因此，设计一种可以协同抑制HSPs，PTT和免疫治疗的纳米系统将具有重大的科学意义。
2022年9月，山东大学李春霞教授联合中国科学院长春应用化学研究所林君研究员在国际期刊Advanced Science（IF = 17.521）在线发表题为“A Noble AuPtAg-GOx Nanozyme for Synergistic Tumor Immunotherapy Induced by Starvation Therapy-Augmented Mild Photothermal Therapy”的研究论文。研究者们设计了一种级联增强型纳米调节器AuPtAg-GOx用于增强免疫检查点阻断（ICB）治疗。在1064 nm激光照射下，AuPtAg介导的温和光热治疗（PTT）会激活细胞毒性T淋巴细胞并逆转免疫原性“冷”肿瘤。此外，为了放大肿瘤细胞的热敏感性，引入葡萄糖氧化酶（GOx）以抑制热休克蛋白的产生，从而促进温和的光热治疗。体内实验表明，α-PD-L1联合AuPtAg-GOx介导的温和PTT、饥饿治疗和免疫治疗可以更好地抑制原发性和远端肿瘤，从而为高效抑制肿瘤提供了一种有力的策略。
在该研究中，首先通过一锅法合成AuPtAg，然后以SH-PEG-NH2作为桥将葡萄糖氧化酶（GOx）共价连接到其表面（图1a）。在1064 nm激光照射后，AuPtAg-GOx可有效将光能转换为热能，光热转换效率高达41%（图2d-f）。具有过氧化氢酶样活性的AuPtAg-GOx可以催化肿瘤内过表达的H2O2转化为O2（图2g）。然后，AuPtAg-GOx在O2的帮助下通过消耗葡萄糖来实现显著的饥饿治疗效果（图2h, i）。
图1. AuPtAg-GOx纳米酶的形成示意图及诱导肿瘤免疫治疗的机制
（图源：Wang M, et al., Adv Sci, 2022）
图2. 光热性质及GOx活性研究
（图源：Wang M, et al., Adv Sci, 2022）
在细胞内，进一步证明AuPtAg-GOx可以消耗细胞内ATP的产生（图3e），从而抑制HSP70、HSP90的产生（图3f）。协同饥饿治疗，光热治疗可有效杀伤肿瘤细胞（图3b-d），这是因为抑制了HSPs的产生，会减弱肿瘤细胞的耐热性，从而大大地增强了PTT的效果。
图3. 细胞内性质研究
（图源：Wang M, et al., Adv Sci, 2022）
随后，我们在细胞内研究了AuPtAg-GOx将“冷”肿瘤重新编程为“热”肿瘤的能力。与控制组相比，AuPtAg-PEG+1064 nm组，M2巨噬细胞从33.5%降至23.6%，而M1巨噬细胞从12.5%增加到21.1%。在AuPtAg-GOx+1064组，M2巨噬细胞下降了15.8%，M1巨噬细胞上升了16.1%（图4a）。类似地，M2巨噬细胞分泌IL-10在AuPtAg-GOx+1064 nm组中是对照组的0.21倍（图4b），而由M1巨噬细胞分泌的IL-12是控制组的3.6倍（图4c）。以上结果均表明，饥饿治疗促进了AuPtAg的光热效应，增强的光热治疗使M2巨噬细胞极化为M1巨噬细胞。
图4. 细胞内免疫刺激作用
（图源：Wang M, et al., Adv Sci, 2022）
作者进一步在4T1荷瘤的Balb/C小鼠上验证其增强免疫的能力。研究表明，AuPtAg+1064 nm组和AuPtAg-GOx+1064 nm组可显著下调M2巨噬细胞的比例，并增加肿瘤中M1巨噬细胞的比例（图5a,b）。此外，由于饥饿治疗和温和PTT的协同作用，AuPtAg-GOx+1064nm组的治疗效果更明显。随后，研究者们又检测了树突细胞成熟、T细胞浸润和调节性T细胞表达的下降情况。结果表明，AuPtAg-GOx+1064 nm组可有效促进树突细胞成熟，CD4和CD8 T细胞表达上升以及调节性T细胞表达下降（图5c-f）。以上结果表明基于AuPtAg-GOx的饥饿治疗增强的温和PTT可以逆转免疫抑制微环境，诱发强大的免疫反应，为消除原发肿瘤和远端肿瘤带来了希望。
图5. 体内免疫刺激作用
（图源：Wang M, et al., Adv Sci, 2022）
最后，为了更好的抑制肿瘤生长，作者将免疫检查点抑制剂α-PD-L1与AuPtAg-GOx联合起来用于肿瘤抑制实验。由于固体肿瘤呈现免疫“冷”的微环境，单一的α-PD-L1注射到小鼠体内抑制肿瘤生长的效果并不明显， AuPtAg-GOx + 1064 nm治疗组的抑制效果也不是特别另人满意，而将α-PD-L1和AuPtAg-GOx联合起来，可有效地抑制原发性和远端肿瘤的增长。
图6. 活体抑制肿瘤增长实验
（图源：Wang M, et al., Adv Sci, 2022）
综上所述，研究者设计了一种AuPtAg-GOx纳米酶，它同时具有过氧化氢酶活性和温和光热特性。AuPtAg-GOx首先通过消耗瘤内葡萄糖实现饥饿治疗，从而抑制ATP的含量并产生H2O2。而ATP浓度的降低会阻碍HSPs的产生，从而降低肿瘤的耐热性。因此，通过GOx介导的饥饿疗法抑制肿瘤内ATP的生成是克服HSPs诱导的肿瘤耐热性的一种有希望的方法。重要的是，温和PTT与饥饿疗法的结合显著提高了PTT的疗效，产生更多的肿瘤浸润性淋巴细胞，并使“冷”肿瘤变“热”，从而增强ICB治疗。体内实验还表明，α-PD-L1联合AuPtAg-GOx介导的温和PTT、饥饿疗法和免疫疗法可以更好地抑制原发性和远端肿瘤。总之，饥饿疗法增强的温和PTT可以有效逆转免疫抑制性TME，为肿瘤的协同免疫治疗提供了一种新思路。然而，该体系靶向肿瘤部分仍然是通过纳米材料的EPR效应，后续作者会更加关注纳米材料的主动靶向能力，使其在肿瘤部分富集的更多，更有效的用于癌症治疗。
原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202202332
通讯作者：林君（左）、李春霞（右）
（照片提供自：林君/李春霞团队）
林君，中国科学院长春应用化学研究所研究员，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，万人计划“科技创新领军人才”，科技部重点领域创新团队负责人。课题组一直从事纳-微米结构发光材料的控制合成、性能调控及在显示照明和生物医学领域的应用基础研究。在发光薄膜及其图案化技术、特色FED发光材料、多功能稀土上转换发光材料在肿瘤诊疗等方面做出了具有原始创新和国际影响的研究工作。主持科技部973项目子课题、国家自然科学重点项目和国际合作等项目。获吉林省科技进步一等奖和吉林省自然科学一等奖（No.1）。2014-2021连续入选“全球高被引科学家”名录。已在国内外核心期刊如Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater. 等上面发表论文700余篇，被他引55000余次(H指数124)；授权中国发明专利8项。
李春霞，山东大学教授，博士生导师。2008年中科院长春应化所获博士学位，导师林君研究员。近年来主要利用交叉学科研究优势，围绕稀土上转换发光和光热转换等材料，开发了刺激-响应型光功能纳米复合材料的制备方法；利用肿瘤微环境的特点和近红外光的独特优势，实现了材料在肿瘤部位的靶向蓄积和选择性激活；建立了利用近红外光控制药物释放的新方法；提出了铁死亡促进低温光热治疗的新概念，为实现药物控释及肿瘤协同治疗提供了新思路。已在Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表论文200余篇，他引22000余次（H指数85）。主持国家自然科学基金优秀青年基金、原创探索计划项目等十余项。五次入选全球“高被引科学家”；2015-2021连续入选Elsevier中国高被引学者榜单。
【1】NAR︱李根喜/张娟团队研发腙化学介导的CRISPR/Cas12a系统用于细菌分析
【2】Biophys J︱徐光魁教授课题组揭示细胞皮层非线性幂律松弛的网络动力学
【3】Sci Adv | 盛能印/毛炳宇/丁玉强团队合作发现AMPA受体泛素化在兴奋性突触功能调控中的新机制
【4】Cell Prolif︱李齐发/杜星团队揭示TGF-β1调控卵巢颗粒细胞转录组变化的普遍机制
【5】NAR︱黄林/苗智超/David Lilley团队合作开发第一个天然核酶数据库
【6】Autophagy︱中山大学李义平团队揭示宿主细胞拮抗登革病毒感染新机制
【7】PNAS︱曹义海院士团队通过调节“守门员”制造超级大棕色脂肪
【9】Nat Immunol︱何维/张建民/吕威团队合作发现慢性鼻窦炎新机制和治疗新靶点
【10】Adv Sci︱张坤/刘军杰团队开发一种粒子内双散射声遗传学增敏剂用于增强ICB和CAR-T疗法实体瘤治疗
优质科研培训课程推荐【1】单细胞测序与空间转录组学数据分析研讨会（10月29-30日 腾讯在线会议）【2】膜片钳与光遗传及钙成像技术研讨会（2022年10月15-16日 腾讯会议）欢迎加入“岚翰生命科学” ”岚翰生命科学“ 诚聘副主编/编辑/运营岗位 (在线办公)参考文献（上下滑动阅读）
[1] R. Song, T. Li, J. Ye, F. Sun, B. Hou, M. Saeed, J. Gao, Y. Wang, Q. Zhu, Z. Xu, H. Yu, Adv. Mater. 2021, 33, 2101155.
[2] H. Liang, X. Wu, G. Zhao, K. Feng, K. Ni, X. Sun, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 15812.
[3] L. Huang, Y. Li, Y. Du, Y. Zhang, X. Wang, Y. Ding, X. Yang, F. Meng, J. Tu, L. Luo, C. Sun, Nat. Commun. 2019, 10, 4871.
[4] B. Xu, Y. Cui, W. Wang, S. Li, C. Lyu, S. Wang, W. Bao, H. Wang, M. Qin, Z. Liu, W. Wei, H. Liu, Adv. Mater. 2020, 32, 2003563
本文完