《Biomaterials》：β-Selenoester-Crosslinked Nanocapsules Potentiate Immunotherapy by Imposing Divergent Fates in Cancer Cells and Macrophages
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靶向治疗 EGFR 突变型非小细胞肺癌的硒化合物介导纳米胶囊通过 ROS 水平差异实现癌细胞凋亡与巨噬细胞激活的双向调控，显著抑制肿瘤生长。
Banruo Xianyu|Zeyu Lu|Huaping Xu|Tianyu Li
清华大学化学系生物有机磷化学与化学生物学国家重点实验室，北京 100084，中国
摘要
肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）已成为非小细胞肺癌（NSCLC）中一个有前景的免疫治疗靶点。然而，化疗的非选择性细胞毒性和免疫抑制性的肿瘤微环境却反而阻碍了这一潜力。为了克服这些限制，我们设计了含有β-硒酯键的纳米胶囊来递送吉非替尼（Gefitinib），旨在诱导癌细胞和巨噬细胞发生不同的命运。在癌细胞中，β-硒酯中的Se-C键对内在活性氧（ROS）水平极为敏感。这种键在硒氧化物消除反应下会生成丙烯酸酯，进一步消耗细胞内的谷胱甘肽（GSH），从而再生具有细胞毒性的ROS。ROS触发的正反馈机制使纳米胶囊解体，实现吉非替尼的快速释放并诱导细胞凋亡。释放的吉非替尼还能破坏CD47-SIRPα“不要吃我”信号轴，增强巨噬细胞的吞噬活性。在巨噬细胞中，较低的ROS水平限制了吉非替尼的暴露，但消除反应产生的硒代谢物足以促进巨噬细胞的活化。这种选择性的细胞命运编程在癌细胞IC50浓度下未表现出对巨噬细胞的毒性，并在体内实现了91.1%的肿瘤抑制效果。总体而言，本研究展示了一种基于β-硒酯键交联的差异化细胞命运诱导策略，用于整合TAM介导的免疫治疗。
引言
癌症免疫治疗，特别是免疫检查点抑制剂（ICIs），已经彻底改变了多种癌症的治疗方式[1]、[2]、[3]。然而，其在具有表皮生长因子受体（EGFR）突变的非小细胞肺癌（NSCLC）中的疗效仍然不令人满意——这是最常见的肺癌类型[4]、[5]、[6]。到目前为止，无论是PD-1/PD-L1单药治疗还是针对PD-1和CTLA-4的组合疗法，都未在这些患者中显示出显著的临床益处[7]、[8]、[9]、[10]。这些基于T细胞的免疫疗法效果有限，主要是由于肿瘤微环境（TME）的免疫抑制作用，导致T细胞浸润和活性降低[11]、[12]、[13]，因此需要探索替代的免疫治疗策略。最近，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）因其丰富的数量和在EGFR突变肿瘤中的吞噬能力而成为了一个有前景的靶点[14]、[15]。
CD47是一种在多种癌细胞上高表达的免疫检查点蛋白，通过CD47-SIRPα轴向TAMs传递“不要吃我”的信号[16]、[17]。阻断这一通路可以释放TAMs的抗癌免疫能力，并在临床试验中取得了有希望的结果[18]、[19]、[20]。最近的研究表明，作为EGFR突变NSCLC的一线化疗药物，吉非替尼可以下调癌细胞的CD47表达[21]、[22]。然而，化疗药物对巨噬细胞的固有细胞毒性是一个主要挑战。大多数旨在杀死癌细胞的药物递送系统不可避免地会被TME中的TAMs内化，从而损害其对治疗效果至关重要的免疫功能[23]、[24]、[25]。这种矛盾效应凸显了开发能够区分恶性细胞和免疫细胞的智能药物递送平台的迫切需求。理想的系统应该能够选择性地对癌细胞发挥细胞毒性作用，同时保护甚至激活巨噬细胞，从而释放协同的抗癌免疫效应[26]。
为了解决这一选择性问题，我们选择了硒这种具有独特氧化还原敏感性的必需微量元素[27]、[28]、[29]、[30]。我们之前的研究表明，含硒材料对活性氧（ROS）具有高响应性[31]、[32]、[33]。鉴于癌细胞通常比巨噬细胞具有更高的ROS水平[34]、[35]，适当设计的化学结构可以实现细胞选择性反应[36]、[37]、[38]。此外，硒除了作为响应刺激的物质外，还越来越被认为具有免疫调节功能[39]、[40]、[41]。值得注意的是，晚期NSCLC患者的血清硒水平较低，这与免疫功能障碍和癌症进展加速有关[42]。因此，探索硒调节TAM活性的潜力是一个有吸引力的方向。
在这里，我们设计了含有吉非替尼的硒纳米胶囊（Se纳米胶囊），这些胶囊能够在癌细胞中选择性诱导凋亡，同时激活巨噬细胞，从而为EGFR突变NSCLC建立了一种整合的免疫治疗策略。这些纳米胶囊是通过将装载吉非替尼的聚酰胺胺树状大分子PAMAM-G4与β-硒酯连接剂交联制备的。该设计利用了ROS触发的正反馈机制：在ROS水平较高的癌细胞中，β-硒酯中的Se-C键迅速断裂，导致氧化爆发和吉非替尼的快速释放，最终诱导细胞凋亡；而在ROS水平较低的巨噬细胞中，纳米胶囊降解较慢，减少了吉非替尼的暴露，并产生硒代谢物，促使巨噬细胞向M1表型极化，从而增强其抗肿瘤免疫活性。此外，释放的吉非替尼还能下调癌细胞的CD47表达，破坏“不要吃我”信号，进一步增强巨噬细胞的吞噬作用。因此，这一多功能平台不仅提高了吉非替尼的肿瘤特异性靶向性，还协同激活了先天免疫系统，突显了硒在响应性药物递送和免疫调节中的双重作用。
部分摘要
吉非替尼负载的硒纳米胶囊（Gef@PAMSe）的合成与表征
为了构建纳米胶囊，合成了含硒的树状聚合物（PAMSe）。选择聚酰胺胺树状大分子（PAMAM）作为构建块，因为它们的精确化学结构可以最小化意外副作用。合成过程分为两步：首先制备HOOC-(CH2)4-SeSe-(CH2)4-COOH（C5Se2），然后用3-溴丙酸进行亲核取代，得到HOOC-(CH2)4-Se-(CH2)2-COOH（C5SeC3）。确认了C5Se2和C5SeC3的结构
结论
总之，我们开发了一种基于巨噬细胞的免疫治疗策略，使用β-硒酯键交联的纳米胶囊递送吉非替尼并激活免疫系统，旨在解决EGFR突变NSCLC免疫治疗中的挑战。在肿瘤细胞内，高水平的ROS会触发硒酯键的快速断裂和大量吉非替尼的释放，通过正反馈机制引发ROS风暴和细胞凋亡；而在巨噬细胞中，纳米胶囊的降解速度较慢
材料
硒粉和硼氢化钠由中国Aladdin Chemical Company提供。5-溴戊酸和3-溴丙酸由中国J&K Scientific提供。PAMAM-G4树状大分子由中国威海CY Dendrimer Technology提供。本研究中使用的其他有机化学品和溶剂均由中国北京化学试剂公司提供。Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM）、Roswell Park Memorial Institute-1640（RPMI-1640）、胎牛血清（FBS）等也来自该公司。
作者贡献声明
Zeyu Lu：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，数据分析。Huaping Xu：撰写 – 审稿与编辑，项目监督，资金获取，概念构思。Tianyu Li：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，项目监督，数据分析，概念构思。Banruo Xianyu：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，实验研究，数据分析，概念构思。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国国家重点研发计划（编号2023YFA0915300，资助人H.X.）和国家自然科学基金（编号52233012，资助人H.X.；编号52473159，资助人T.L.）的财政支持。H. Xu还感谢中国科学院过程工程研究所的Jinyuan Liu和Jikang Liu在部分体外和体内实验中的帮助。
