具有粘膜粘附能力的免疫调节型口服纳米疫苗递送系统用于结直肠癌协同治疗

《Materials Today Bio》：Mucoadhesive Oral Nanovaccine Delivery System with Immunomodulatory Capacity for Synergistic Colorectal Cancer Therapy

　　

结直肠癌（CRC）仍然是一种普遍的恶性肿瘤，目前的化疗受到耐药性、生物利用度低和严重毒性的限制。尽管癌症疫苗提供了一种有前途的替代方案，但其疗效受到低效肿瘤靶向和免疫激活不足的制约。在此，研究人员提出了一种口服纳米疫苗递送系统（HML@HN），该系统整合了胃保护、肠道粘附、肿瘤特异性递送和强大的免疫激活功能，以增强CRC免疫治疗。HML@HN纳米疫苗是通过将含有5-氟尿嘧啶（5-FU）的肿瘤细胞裂解物（TCL）载入空心二氧化锰（HM）中，并共涂覆去甲肾上腺素（NE）和透明质酸（HA）构建而成。NE涂层可防止胃部降解，同时赋予其粘膜粘附性以实现肠道长时间滞留，而HA则通过CD44介导的内吞作用实现主动肿瘤靶向。内化后，HM核心响应肿瘤微环境中的谷胱甘肽（GSH），触发Mn2+释放和活性氧（ROS）生成，用于化学动力学治疗（CDT）。这一过程与5-FU共同诱导损伤相关分子模式（DAMPs）的产生，同时装载的TCL增强了免疫原性，释放的Mn2+促进了树突状细胞（DC）的成熟。在原位CRC小鼠模型中，口服HML@HN通过上述协同机制显著抑制了肿瘤生长。总之，这项工作提出了一种多功能口服纳米疫苗，独特地结合了胃保护、粘膜粘附、肿瘤反应性药物释放和有效的免疫激活，用于CRC免疫治疗。

学术论文解读：具有粘膜粘附能力的免疫调节型口服纳米疫苗递送系统在结直肠癌协同治疗中的应用

研究背景与立项依据

结直肠癌（CRC）是全球范围内发病率第三、死亡率第二的恶性肿瘤，在中国其发病率已升至第二位且呈年轻化趋势。目前临床治疗主要依赖手术、化疗和放疗，其中以5-氟尿嘧啶（5-FU）为代表的化疗仍是辅助和新辅助治疗的基石。然而，化疗面临着耐药性、生物利用度低及全身毒性大等严峻挑战。近年来，癌症免疫治疗作为一种变革性策略崭露头角，其中癌症疫苗通过利用肿瘤特异性抗原训练宿主免疫系统，具有特异性高、安全性好及可产生长期免疫记忆的优势。特别是基于全肿瘤细胞裂解物（TCL）的疫苗，因能提供广谱肿瘤相关抗原而备受关注。尽管如此，现有的癌症疫苗仍面临结直肠癌靶向效率低和免疫激活不足的关键瓶颈。鉴于CRC起源于消化道末端，口服给药被认为是最直接有效的途径，可实现局部药物释放并减少全身暴露。理想的口服载体不仅需耐受胃肠道严苛环境并精准富集于结直肠肿瘤，还应作为免疫佐剂主动激活先天免疫通路。基于此，研究人员开发了一种基于空心二氧化锰（HM）的口服纳米疫苗（HML@HN），旨在通过协同机制克服上述难题，该研究发表于《Materials Today Bio》。

关键技术方法概述

本研究采用了多项关键技术手段。首先，利用模板法合成了表面氨基化的二氧化硅（ASiO₂），进而制备了空心二氧化锰（HM）纳米颗粒，并通过超声加载含有5-FU的肿瘤细胞裂解物（TCL）形成HML。随后，利用聚多巴胺类材料去甲肾上腺素（NE）和透明质酸（HA）对HML进行表面共修饰，构建了具有多重功能的HML@HN纳米疫苗。研究人员利用透射电子显微镜（TEM）、zeta电位、能量色散X射线光谱（EDS）及X射线光电子能谱（XPS）对纳米材料的形貌、粒径及元素价态进行了表征。通过建立CT26原位结肠癌小鼠模型，结合小动物活体成像系统评估了纳米疫苗的体内生物分布与肿瘤靶向能力。此外，研究综合运用了流式细胞术、激光共聚焦显微镜（CLSM）、细胞计数试剂盒-8（CCK-8）及酶联免疫吸附试验（ELISA）等技术，从体外细胞水平到体内动物水平系统评价了该纳米疫苗的抗肿瘤疗效及其诱导的免疫应答机制。

研究结果

2.1. HML@HN的制备与表征

研究人员成功制备了平均直径约75 nm的HML@HN纳米颗粒，其表面呈负电荷（-22.05 mV）。元素映射和光谱分析证实了HM、TCL、NE及HA的成功复合。XPS结果显示锰元素主要以四价态（MnO₂）存在，具备在还原性物质作用下发生氧化还原反应产生羟基自由基（·OH）的潜力。在模拟胃液（SGF）和模拟肠液（SIF）中的稳定性测试表明，HML@HN在胃液中2小时内仅释放约18%的锰离子，表现出良好的胃保护性能；而在肠液中48小时内释放超过80%，确保了在靶部位的药效发挥。

2.2. 体外内吞、细胞毒性及免疫激活分析

细胞实验显示，由于HA与CD44受体的特异性结合，HML@HN在CT26细胞中的摄取效率显著高于对照组，且主要通过网格蛋白介导的内吞作用进入细胞。该纳米疫苗能有效消耗细胞内谷胱甘肽（GSH），并在HM催化下利用胞内过氧化氢（H₂O₂）产生大量ROS，导致DNA损伤和氧化应激，从而表现出最强的化学动力学治疗（CDT）效应和细胞凋亡诱导能力。此外，HML@HN处理后的肿瘤细胞高表达钙网蛋白（CRT）等损伤相关分子模式（DAMPs），通过Transwell共培养实验证实其能显著促进骨髓源性树突状细胞（BMDCs）的成熟。

2.3. HML@HN的生物安全性与体内生物分布

体内安全性评估显示，口服HML@HN对小鼠的血常规指标（RBC, WBC, HGB, PLT）及肝肾功能指标（ALT, ALP, BUN, CR）无显著影响，主要器官组织切片也未观察到明显病理损伤，证明了其优异的生物相容性。活体成像结果表明，得益于NE的儿茶酚基团赋予的强粘膜粘附性和HA的主动靶向作用，DiR标记的HML@HN在肠道及肿瘤组织中表现出最长的滞留时间和最高的荧光富集度。

2.4. 原位结直肠癌模型中的体内抗肿瘤疗效

在CT26-luc原位结肠癌模型中，HML@HN组表现出最显著的肿瘤生长抑制作用，其生物发光信号强度远低于PBS组及其他对照组。治疗期间小鼠体重保持稳定，且解剖后的肿瘤组织体积最小。H&E染色和TUNEL检测进一步证实，HML@HN处理组诱导了最高比例的肿瘤细胞凋亡，验证了其卓越的体内抗肿瘤功效。

2.5. HML@HN的体内免疫激活效应

免疫机制研究发现，HML@HN治疗组诱导了最高比例的成熟树突状细胞（DCs）（48.4%），并能有效重塑肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）表型，使M1型巨噬细胞（F4/80⁺CD86⁺）比例增至49.1%，同时降低M2型巨噬细胞（F4/80⁺CD206⁺）比例。此外，该治疗显著增加了肿瘤浸润淋巴细胞中CD8⁺T细胞和CD4⁺T细胞的比例，并降低了调节性T细胞（Tregs）的比例，表明其成功激活了机体特异性的适应性免疫应答。

结论与讨论

综上所述，研究人员成功开发了一种整合了胃保护、肠道粘附、肿瘤特异性递送及强大免疫激活功能的口服纳米疫苗递送系统（HML@HN）。该系统通过将含5-FU的TCL载入HM并共涂覆NE和HA构建而成。这种设计解决了口服疫苗开发中的关键挑战：NE涂层在保护纳米疫苗免受胃降解的同时赋予其强粘膜粘附性以实现肠道长效滞留；HA修饰通过CD44介导的内吞作用实现主动肿瘤靶向；TCL作为全细胞肿瘤抗原来源激发强力抗肿瘤免疫。被肿瘤细胞内化后，HM核心响应肿瘤微环境中高浓度的谷胱甘肽（GSH），触发持续的Mn²⁺释放和ROS生成用于化学动力学治疗（CDT）。该过程与源自TCL的5-FU的化学治疗作用相结合，诱导了DAMPs并增强了肿瘤免疫原性。同时，释放的Mn²⁺促进树突状细胞（DCs）成熟，桥接先天与适应性免疫反应。在原位CRC小鼠模型中，口服HML@HN显著抑制了肿瘤生长，重塑了免疫抑制性肿瘤微环境，并以优异的生物安全性引发了强大的抗肿瘤免疫。

肿瘤纳米疫苗代表了免疫治疗领域一项极具前景的前沿技术。与现有临床策略相比，肿瘤纳米疫苗不仅能诱导针对肿瘤抗原的特异性免疫反应，还显示出增强免疫系统抗肿瘤能力的潜力。对于本研究开发的HML@HN纳米疫苗的临床转化，仍需在以下几个方面进行深入探索：首先，需深入探究Mn²⁺在肠道微环境中介导树突状细胞激活的分子机制，特别是其与其他先天免疫通路的相互作用；其次，将HML@HN与免疫检查点抑制剂联合应用是提高疗效的潜在策略；再次，从转化医学角度看，需系统评估大规模生产、长期储存稳定性及批次间一致性等问题；最后，考虑到口服途径，纳米疫苗与肠道菌群的相互作用也是一个值得关注的研究方向，这可能揭示其抗肿瘤作用的新型机制。随着免疫学和材料科学的不断进步以及跨学科合作的深化，下一代癌症纳米疫苗的开发有望显著加速。