《Bioactive Materials》：Immunomodulatory effects of biodegradable Mg–Cu–Zn alloy in esophageal cancer
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本文针对晚期食管癌患者因肿瘤相关狭窄导致的生活质量下降问题，研究团队深入探讨了可降解Mg-Cu-Zn合金的抗肿瘤及免疫调节作用。研究发现，该合金不仅能通过抑制蛋白酶体活性与氧化磷酸化（OXPHOS）来直接抑制肿瘤生长，还能通过增强FcγR介导的吞噬作用，显著减少促肿瘤的CD163+M2型肿瘤相关巨噬细胞的浸润，重塑肿瘤免疫微环境。这为开发兼具机械支撑、肿瘤抑制与免疫调节功能的新型可降解食管支架提供了创新策略和实验依据。
论文解读
食管癌是全球范围内癌症相关死亡的主要原因之一，晚期患者常因肿瘤局部侵犯或远处转移而失去手术机会，治疗选择有限。更棘手的是，肿瘤常常堵塞食管，导致吞咽困难，严重影响患者生活质量。这时，医生会考虑放置食管支架来撑开被堵塞的“要道”，让患者能正常进食。然而，目前临床广泛使用的自膨胀镍钛合金支架，虽然生物相容性好，却只能扮演“物理疏通工”的角色，缺乏“打击肿瘤”的能力。它们无法抑制肿瘤细胞的增殖，这可能导致支架内再狭窄，肿瘤卷土重来，重新堵塞通路。此外，这类支架不可降解，长期留置在体内可能发生移位、嵌入等并发症，甚至需要二次手术取出，给患者带来额外的身心和经济负担。那么，能否研发出一种“智能”支架，既能撑开狭窄，又能主动抑制肿瘤，甚至还能调动身体自身的免疫部队来对抗癌症呢？
可生物降解的镁及其合金，以其优异的生物相容性、可调的降解速率和良好的机械性能，在生物材料领域备受瞩目。更有趣的是，它们在体内降解时，会释放镁离子、氢气等产物，这些产物被发现能够影响肿瘤微环境，表现出抗肿瘤的潜能。然而，关于镁合金在食管癌中的应用，尤其是在体内重塑肿瘤免疫微环境方面的作用和机制，仍然是一个“黑箱”。肿瘤免疫微环境就像肿瘤周围的“社会生态”，其中充满了各种免疫细胞，而肿瘤相关巨噬细胞是这里最主要的“居民”之一。它们通常被“教化”成一种促肿瘤的M2表型，帮助肿瘤生长和逃避免疫攻击。逆转这种“促癌”的免疫抑制状态，是肿瘤治疗的关键。带着这些问题，来自重庆医科大学附属第二医院病理科的研究团队开展了一项研究，他们对比了纯镁、Mg-Cu以及新设计的Mg-Cu-Zn合金的抗肿瘤效果，并深入探究了它们对免疫微环境的调节作用。他们的研究成果发表于《Bioactive Materials》期刊，揭示了Mg-Cu-Zn合金在抗肿瘤和免疫调节方面的独特优势。
为了开展这项研究，研究团队综合运用了多种关键技术方法。首先，他们通过挤压铸造法制备了纯镁、Mg-0.05Cu (wt.%) 和 Mg-0.05Cu-0.1Zn (wt.%) 合金，并通过电子背散射衍射、扫描电镜、拉伸测试等技术系统表征了其微观结构与力学性能。其次，通过体外浸没实验和CCK-8、活/死染色、流式细胞术、线粒体膜电位与活性氧检测等技术，评估了合金浸提液对人源（Eca109, KYSE30）及鼠源（AKR）食管癌细胞系增殖、粘附、凋亡、周期及氧化应激水平的影响，并与正常食管上皮细胞进行了对比。在体内研究中，他们分别构建了免疫缺陷NCG小鼠的Eca109移植瘤模型和免疫健全C57BL/6小鼠的AKR同种移植瘤模型，将合金丝材植入肿瘤内，评估了其对肿瘤生长的抑制作用、体内降解速率及全身毒性。最后，他们通过RNA测序结合基因本体、京都基因与基因组百科全书和基因集富集分析等技术，深入挖掘了合金抑制肿瘤细胞增殖（如蛋白酶体、氧化磷酸化通路）和调节免疫微环境（如Fcγ受体介导的吞噬作用通路）的潜在分子机制，并通过免疫组化染色对肿瘤组织内肿瘤相关巨噬细胞（iNOS+M1型， CD163+M2型）和T淋巴细胞（CD8+, CD4+）的浸润情况进行了定量分析。
3.1. 初始微观结构与力学性能
研究发现，铜和锌的添加显著细化了晶粒，其中Mg-Cu-Zn合金的晶粒最小。合金化也提高了材料的屈服强度和抗拉强度，Mg-Cu-Zn合金展现出最佳的强韧结合性能，满足食管支架对力学性能的基本要求。
3.2. 体外降解行为
体外降解实验表明，所有材料在培养基中均形成碱性微环境，且Mg-Cu和Mg-Cu-Zn合金组的pH值上升更显著。合金的降解速率和氢气的释放量也高于纯镁，表明合金化加速了降解过程，释放出更多的镁、铜、锌离子。
3.3. 体外抗肿瘤疗效
细胞实验表明，三种合金的浸提液均能有效抑制多种食管癌细胞的活力、粘附和增殖，并诱导细胞周期阻滞、凋亡、线粒体膜电位下降和活性氧水平升高。其中，Mg-Cu-Zn合金浸提液在多个检测指标中表现出最强的抑制效果，并且其对正常食管上皮细胞的毒性相对较低。研究还发现，降解引起的碱性微环境和释放的金属离子各自独立地贡献了抗肿瘤效应。
3.4. 体内抗肿瘤疗效
在两种小鼠肿瘤模型中，植入纯镁、Mg-Cu和Mg-Cu-Zn合金均能显著抑制肿瘤生长、增加肿瘤坏死区域、并降低肿瘤细胞增殖标志物Ki-67的表达。重要的是，整个实验过程中小鼠体重稳定，主要脏器无病理损伤，血液生化指标正常，表明材料植入未引起明显的全身毒性。体内降解速率检测显示，Mg-Cu-Zn合金的降解最快。
3.5. 抑制肿瘤细胞增殖的信号通路
RNA测序分析发现，三种合金处理均能显著下调Eca109细胞中与蛋白酶体和氧化磷酸化通路相关的基因。基因集富集分析证实，这些通路被显著抑制，且Mg-Cu-Zn合金的抑制效应最为强烈。在移植瘤组织中的实时定量PCR结果也验证了多个氧化磷酸化相关基因的表达下调。这表明镁合金，特别是Mg-Cu-Zn合金，通过协同抑制蛋白酶体活性和细胞能量代谢，从而遏制肿瘤细胞增殖。
3.6. 调节肿瘤免疫微环境的信号通路
深入的转录组对比分析和基因集富集分析发现，与纯镁或Mg-Cu合金相比，Mg-Cu-Zn合金处理特异性地富集了与免疫调节相关的通路，特别是Fcγ受体介导的吞噬作用通路。这提示Mg-Cu-Zn合金可能具有独特的免疫调节潜能。随后的免疫组化分析证实了这一点：在免疫健全的小鼠同种移植瘤模型中，所有镁合金处理均能增加肿瘤间质中具有抗肿瘤作用的iNOS+M1型巨噬细胞浸润。但只有Mg-Cu-Zn合金能显著降低肿瘤整体（间质+癌巢）中具有促肿瘤作用的CD163+M2型巨噬细胞的总浸润数量，从而改善了肿瘤间质中的M1/M2比值。此外，Mg-Cu和Mg-Cu-Zn合金还能促进肿瘤中CD8+和CD4+T淋巴细胞的浸润，并提高CD8+/CD4+的比值，尤其是在癌巢内部，Mg-Cu-Zn合金的效果更为突出。
这项研究得出了一系列重要结论。首先，在力学性能方面，添加微量的铜和锌能够有效细化晶粒，显著提升镁合金的强度，使其更适用于需要承受食管蠕动的支架应用。在抗肿瘤方面，纯镁、Mg-Cu和Mg-Cu-Zn合金均展现出明确的抗食管癌效果，其机制涉及诱导细胞周期阻滞、凋亡、破坏线粒体功能以及抑制关键的蛋白酶体和氧化磷酸化通路。其中，Mg-Cu-Zn合金的综合抗肿瘤活性最强。然而，本研究最突出的发现在于免疫调节功能：尽管三种材料都具有抗肿瘤特性，但唯有Mg-Cu-Zn合金表现出独特的调节肿瘤免疫微环境的能力。它能特异性地上调Fcγ受体介导的吞噬作用通路，在体内显著减少促肿瘤的M2型肿瘤相关巨噬细胞的总体浸润，并同时促进抗肿瘤的细胞毒性T淋巴细胞和辅助性T淋巴细胞的浸润，从而将“寒冷”的免疫抑制性肿瘤微环境向“温热”的抗肿瘤状态扭转。
该研究的重大意义在于，它首次系统揭示了可降解Mg-Cu-Zn合金不仅作为生物材料具有抗肿瘤属性，更扮演了“免疫微环境调节者”的新角色。这打破了传统非降解支架仅提供机械支撑的局限，为实现“机械支撑+肿瘤抑制+免疫调节”三重功能一体化的理想食管支架提供了革命性的材料候选方案。对于因肿瘤相关食管狭窄而亟需姑息治疗的患者而言，这种新型可降解支架有望在缓解梗阻的同时，主动抑制肿瘤进展并调动机体免疫力，从而显著改善预后和生活质量，代表了肿瘤介入治疗领域一个有前景的新方向。
