《Bioactive Materials》：Aminated fullerene-based nanoplatform enables synergistic VEGFR2-targeted anti-angiogenesis and tumor immunotherapy
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肿瘤血管生成异常与免疫抑制是癌症治疗的瓶颈。本文报道了一种新型仿生纳米平台，将靶向血管内皮生长因子受体2（VEGFR2）的氨基化富勒烯（TAPC）与肿瘤细胞膜涂层整合。该平台（TAPC@CNPs）在结直肠癌（CRC）模型中，通过抑制PI3K-AKT信号通路，显著抑制肿瘤血管生成（降低VEGFR2、CD31表达），同时降低调节性T细胞（Tregs）水平，增加细胞毒性T细胞浸润与活化，实现了抗血管生成与肿瘤免疫微环境重塑的协同增效，为开发新型纳米材料联合疗法提供了新思路。
癌症，尤其是恶性肿瘤，是全球主要的死亡原因之一。肿瘤的生存与扩张离不开“后勤补给线”——新生血管，这个过程被称为血管生成。然而，肿瘤新生血管通常结构紊乱、功能异常，这不仅为癌细胞输送了养分和氧气，还营造了一个高度免疫抑制的肿瘤微环境，成为阻挡免疫细胞进入和药物递送的“铜墙铁壁”。其中，血管内皮生长因子（VEGF）及其主要受体VEGFR2是驱动病理性血管生成的核心信号轴。尽管临床上已有靶向VEGF/VEGFR2的抗血管生成疗法，但其疗效常因药物在肿瘤部位蓄积不足、全身性毒副作用以及可能诱发耐药性而受限。因此，开发能够高效靶向肿瘤血管、同时改善免疫微环境的新型治疗策略，是当前癌症研究的前沿与难点。
近日，一篇发表在《Bioactive Materials》上的研究，为我们带来了一项创新性解决方案。中国科学院化学研究所的研究团队独辟蹊径，从一种特殊的碳纳米材料——富勒烯的衍生物入手，成功筛选出一种名为四[4-(氨基)哌啶-1-基]C60环氧化物（TAPC）的氨基化富勒烯分子，并发现其具有强大的抗血管生成活性。更巧妙的是，他们将TAPC装载到聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）纳米粒中，并为其披上了一层源自同源肿瘤细胞的“伪装外衣”，构建了肿瘤细胞膜包被的纳米粒（TAPC@CNPs）。这种仿生设计旨在提高纳米粒的体内循环稳定性，并利用“同源靶向”效应，增强其在肿瘤部位的富集。
研究者们综合利用了转录组学数据分析、分子对接与生物层干涉技术（BLI）进行靶点验证，通过体外内皮细胞成管实验、鸡胚绒毛尿囊膜（CAM）模型和小鼠背脊皮肤视窗（DSWC）模型评估抗血管生成活性，并采用细胞膜提取与纳米共挤出技术制备了TAPC@CNPs。在体内药效学部分，研究在Balb/c和C57BL/6小鼠皮下接种MC38结直肠癌细胞构建的荷瘤模型中，通过静脉给药评价了TAPC@CNPs的抗肿瘤效果，并利用离体荧光成像、流式细胞术、免疫荧光/组化染色及蛋白质印迹（Western blot）等技术，系统分析了纳米粒的体内分布、对肿瘤血管生成标志物（VEGFR2， CD31）的影响以及对肿瘤免疫微环境中关键免疫细胞亚群（如调节性T细胞、CD8+T细胞）的调节作用。
3.1. 氨基化富勒烯衍生物展现抗血管生成活性
研究人员首先合成了一系列结构各异的氨基化富勒烯衍生物，并通过人脐静脉内皮细胞（HUVEC）体外成管实验进行表型筛选。结果显示，TAPC是其中抑制内皮细胞形成管状网络结构能力最强的化合物。在鸡胚绒毛尿囊膜（CAM）体内模型中，局部给予TAPC能剂量依赖性地减少新生血管的密度。更为直观的是，在小鼠背脊皮肤视窗模型中，静脉注射TAPC可导致已形成的肿瘤微血管发生破裂和出血，表明其能破坏已建立的肿瘤血管结构。这些结果共同确立了TAPC作为一种强效的氨基化富勒烯类抗血管生成候选分子。
3.2. VEGFR2是结直肠癌中关键的血管生成驱动因子和临床相关靶点
鉴于TAPC强效的抗血管生成活性，研究人员通过生物信息学分析探究其潜在作用靶点。对公共数据库的挖掘发现，血管内皮生长因子受体2（VEGFR2）在结直肠癌组织中表达显著高于癌旁正常组织，且其高表达与患者不良的总生存期显著相关。单细胞RNA测序分析进一步证实，VEGFR2的表达高度局限于肿瘤组织中的血管内皮细胞。这些发现确立了VEGFR2在结直肠癌血管生成中的核心地位及其作为治疗靶点的临床价值。
3.3. TAPC与VEGFR2相互作用并调节其下游信号
机制研究表明，TAPC能以剂量依赖的方式下调结直肠癌细胞MC38和内皮细胞中VEGFR2的蛋白表达及其磷酸化水平，并抑制其下游的PI3K-AKT-STAT3信号通路活化。生物层干涉技术（BLI）直接测定了TAPC与重组VEGFR2蛋白的结合，解离常数（Kd）为11.4 μM，证实了二者的直接相互作用。分子对接模拟显示，TAPC可能结合在VEGFR2的ATP结合口袋区域。功能上，利用小干扰RNA（siRNA）敲低HUVEC细胞中的VEGFR2后，TAPC对内皮细胞成管的抑制作用被显著削弱，说明其抗血管生成作用依赖于VEGFR2。此外，代谢分析发现TAPC还能降低肿瘤细胞的糖酵解水平，提示其可能通过靶向VEGFR2同时干扰肿瘤的能量代谢。
3.4. TAPC@CNPs展现出增强的稳定性和细胞摄取
为解决TAPC作为小分子可能存在的体内循环时间短、肿瘤蓄积差的问题，研究团队开发了仿生纳米递送系统。他们将TAPC封装于PLGA纳米粒核心，再通过物理挤压法用同源的MC38肿瘤细胞膜进行包被，成功构建了TAPC@CNPs。该纳米粒粒径均一（约106 nm），稳定性良好，并保留了肿瘤细胞膜的蛋白成分。体外实验表明，TAPC@CNPs能被肿瘤细胞有效摄取，并在酸性（pH 6.0，模拟肿瘤微环境）条件下比在生理pH条件下释放更快，展现出一定的肿瘤微环境响应性。重要的是，纳米化后的TAPC@CNPs仍保留抑制VEGFR2表达和内皮细胞成管的活性。
3.5. TAPC@CNPs在体内抑制肿瘤生长和血管生成
在MC38结直肠癌荷瘤小鼠模型中，静脉注射TAPC@CNPs显示出强大的抗肿瘤效果，显著抑制了肿瘤生长，疗效优于游离的TAPC或空白膜包被纳米粒。对肿瘤组织的分析发现，经TAPC@CNPs治疗后，肿瘤内VEGFR2和内皮细胞标志物CD31的表达水平显著降低，表明肿瘤血管生成被有效抑制。主要脏器的组织学检查和血清肝功能指标（ALT， AST）分析未发现明显毒性，证实了该治疗方案具有良好的生物安全性。
3.6. TAPC@CNPs具有肿瘤蓄积性并能激活抗肿瘤免疫
离体荧光成像显示，Cy5.5标记的TAPC@CNPs能够在肿瘤部位蓄积。药代动力学分析表明其血液循环半衰期约为13.1小时，实现了长效循环。更为关键的是，研究揭示了TAPC@CNPs的抗肿瘤免疫调节作用。流式细胞术分析显示，治疗后小鼠肿瘤引流淋巴结中的调节性T细胞（Tregs， CD4+Foxp3+）比例下降，而脾脏中的CD4+T细胞比例上升。在肿瘤组织内部，CD8+T细胞的浸润增加，并且这些CD8+T细胞高表达早期活化标志CD69和效应细胞因子γ干扰素（IFNγ），表明其处于激活状态。同时，肿瘤相关髓系细胞中M2型巨噬细胞相关标志物CD206的表达降低。这些变化共同指向一个抑制性免疫微环境被逆转、抗肿瘤免疫被激活的状态。
综上所述，本研究首次发现并证实氨基化富勒烯衍生物TAPC是一种新型的VEGFR2抑制剂，能够通过干扰VEGFR2/PI3K-AKT信号轴，有效抑制肿瘤血管生成。研究团队进一步创新的递送策略——肿瘤细胞膜包被的纳米粒（TAPC@CNPs），成功克服了游离药物的递送瓶颈，实现了药物在肿瘤部位的高效富集和缓释。在结直肠癌模型中，TAPC@CNPs不仅通过抗血管生成“饿死”肿瘤，还意外地重塑了肿瘤免疫微环境，表现为抑制性免疫细胞（如Tregs）减少，而杀伤性T细胞（CD8+T）的浸润和功能增强，从而实现了“抗血管”与“促免疫”的协同治疗。这项工作不仅拓展了VEGFR2靶向药物的化学结构类型（从传统小分子到碳纳米材料），更重要的是，它展示了一种基于仿生纳米材料的联合治疗新范式，即通过单一纳米平台同时打击肿瘤的血管系统和免疫防御系统，为开发更高效、低毒的癌症联合疗法提供了极具前景的新思路。
