MnCl2纳米片触发Mn2+风暴通过诱导PANoptosis和激活cGAS-STING增强肿瘤免疫治疗

《Aggregate》：MnCl2 Nanosheet-Triggered Mn2+ Storm Enhances Tumor Immunotherapy Through PANoptosis Induction and cGAS-STING Activation

本文报道了一种创新的MnCl2纳米片（MnCl2NSs），它通过引发细胞内"Mn2+风暴"，协同激活cGAS-STING天然免疫通路并诱导PANoptosis（一种整合了细胞焦亡、凋亡和坏死的新型细胞死亡方式），实现了化疗样治疗效果和原位肿瘤疫苗作用。这种双重免疫激活策略有效重塑肿瘤微环境，在多种小鼠肿瘤模型中显示出抑制原发瘤、远端瘤和转移瘤的显著疗效，为肿瘤免疫治疗提供了新思路。

　　

1 引言

cGAS-STING通路作为先天免疫的关键组成部分，在癌症治疗中受到广泛关注。cGAS能够非特异性识别异常双链DNA并催化产生cGAMP，后者激活STING后启动下游转录程序，诱导I型干扰素和促炎细胞因子表达，从而促进抗原呈递细胞成熟和效应T细胞激活。在众多cGAS-STING激动剂中，Mn²⁺不仅具有成本优势，还能通过增强cGAS和STING的敏感性来促进cGAMP产生，但单一的MnCl₂缺乏直接肿瘤破坏能力和触发适应性免疫的机制。

本研究首次开发了简单的无药物MnCl₂纳米片，实现了PANoptosis诱导和cGAS-STING通路激活的联合治疗。该系统通过渗透压、化学动力学治疗（CDT）和cGAS-STING激活的协同作用，显著增强MnCl₂的细胞毒性并诱导DNA损伤，同时肿瘤细胞发生PANoptosis，释放损伤相关分子模式（DAMPs）和肿瘤抗原，有效生成原位肿瘤疫苗，最终激活先天和适应性免疫应答。

2 结果与讨论

2.1 MnCl₂NSs的合成与表征

通过超声辅助液相剥离法成功合成了MnCl₂NSs，该纳米片直径50-200纳米，由MnCl₂·4H₂O和MnCl₂·2H₂O共存组成。与常规氧化物不同，水溶性MnCl₂可在任何条件下通过溶解释放Mn²⁺，不受H⁺或谷胱甘肽（GSH）消耗的影响，能更好地提高肿瘤内Mn²⁺浓度。

2.2 体外治疗效果和Mn²⁺摄取

MnCl₂NSs在多种癌细胞系中均表现出增强的细胞毒性，IC₅₀值比MnCl₂水溶液降低一个数量级。纳米结构使MnCl₂NSs能够通过内吞作用进入细胞并快速释放Mn²⁺，诱导细胞膜肿胀等细胞焦亡现象。ICP-MS分析显示，与MnCl₂水溶液相比，MnCl₂NSs处理的CT26细胞中Mn²⁺水平增加了三倍。

2.3 体外细胞死亡机制和免疫激活

RNA-Seq分析显示，MnCl₂NSs处理组有2630个显著差异表达基因，上调了多种免疫激活通路，包括NOD样受体信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用、NF-κB信号通路等。同时激活了多种细胞死亡通路，包括PANoptosis相关的胞质DNA感知通路、铁死亡通路等。

机制研究表明，MnCl₂NSs内化后积累的Mn²⁺提升活性氧（ROS）水平，诱导线粒体和核损伤，伴随dsDNA释放。dsDNA和Mn²⁺共同存在激活cGAS-STING通路，启动PANoptosome组装并触发PANoptosis。这一过程中，caspase-3介导的gasdermin E（GSDME）切割形成焦亡孔道，同时混合系列激酶样结构域（MLKL）蛋白的蛋白水解激活促进坏死性孔道形成。

2.4 体内抗肿瘤治疗效果

在CT26结肠癌模型中，MnCl₂NSs表现出优异的治疗效果，57%的小鼠达到完全缓解。治愈后的小鼠对二次肿瘤接种表现出完全抵抗，脾脏记忆T细胞分析显示CD8⁺和CD4⁺效应记忆T细胞显著富集。在双侧肿瘤模型中，原发瘤治疗能有效抑制远端肿瘤生长，肺转移模型中也观察到转移灶显著减少。

2.5 体内免疫应答评估

MnCl₂NSs治疗促进了肿瘤引流淋巴结中树突状细胞（DC）成熟，增加了肿瘤浸润CD8⁺T细胞比例。同时，肿瘤微环境中的免疫抑制状态得到改善，M2型巨噬细胞比例下降而M1型上升，表明免疫抑制得到逆转。肿瘤组织的H&E染色和TUNEL免疫荧光显示广泛凋亡，钙网蛋白（CRT）表面表达证实了免疫原性细胞死亡（ICD）的性质。

3 结论

本研究开发的简单、无药物MnCl₂NSs系统通过独特的结构显著增强了MnCl₂的肿瘤细胞毒性，同时强化了Mn²⁺对cGAS-STING通路的激活。细胞发生PANoptosis激活适应性免疫，在先天免疫激活和适应性免疫激活的双重作用下，MnCl₂NSs增强了细胞毒性T细胞的肿瘤浸润并改善了肿瘤微环境，最终抑制了原发、远端和转移肿瘤，同时预防复发。这种简单设计和多功能纳米系统为克服当前免疫治疗局限性建立了新框架。