南方医科大学于梦、喻志强、国家纳米科学中心梁兴杰ACS Nano：谷氨酰胺拮抗剂协同电动力增强肿瘤免疫治疗

关键词：电动力治疗，活性氧（ROS），免疫原性死亡（ICD），谷氨酰胺拮抗剂，免疫治疗。

正文：南方医科大学于梦副教授、喻志强教授团队以及梁兴杰研究员团队在国际学术刊物《ACS Nano》（IF=15.881）在线发表了关于电动力协同免疫治疗乳腺癌的研究成果，论文题为“Glutamine Antagonist Synergizes with Electrodynamic Therapy to Induce Tumor Regression and Systemic Antitumor Immunity”(DOI: 10.1021/acsnano.1c08544)。该课题理性地设计一个先进的载药体系(Pt-Pd@DON)(Scheme 1)，协同电动力-免疫治疗来对抗乳腺癌及其复发转移。一方面，在方波电流下，多孔Pt-Pd纳米花(Pt-Pd NFs)催化H2O产生超强毒性的羟基自由基(·OH)，最终杀死肿瘤细胞并诱导ICD效应。另一方面，小分子免疫药物谷氨酰胺拮抗剂DON能防止谷胱甘肽产生，避免·OH的清楚而增强EDT；同时，DON还能通过促进树突状细胞(DCs)成熟和招募CD8+T细胞诱导机体产生全身性免疫应答来对抗乳腺癌的复发和转移。南方医科大学博士研究生陈归和硕士研究生徐清为共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金等资助支持。

图1: 设计了一种载谷氨酰胺拮抗剂DON的新型金属Pt-Pd NFs抗肿瘤平台(Pt-Pd@DON)用于电动力免疫治疗。

一、Pt-Pd@DON的设计

通过氧化还原反应，一步合成了Pt和Pd前体(Pt和Pd NPs)。随后，将前体混合物孵育一夜，得到Pt-Pd NFs。纳米花成球状分枝结构，具有较大的比表面积和表面位点，从而促进了EDT催化活性。其微弱的表面负ζ电位使其在电场(E)下几乎不被驱动移动，有利于其在生理条件下的稳定性，同时在治疗过程中避免了较大的电荷梯度。

图2：Pt Pd NFs的表征。(A) Pt-Pd NFs形成示意图。(B) 扫描电镜图像。(C) TEM图像。(D) Pt-Pd NFs的高分辨率TEM图像。(E) Pt-Pd NFs的SAED和(F) XRD谱图。(G) Pt-Pd NFs的Zeta电位。(H) Pt-Pd NFs的mapping分析。

二、EDT机理研究

与电解水时H+和OH-发生氧化还原反应不同，由于溶液中氯离子的参与，H2O分子与Pt-Pd NFs表面在EDT中发生了电子交换，产生了·OH, 并且未见明显的pH梯度变化。双盐桥电解实验证明了：Pt-Pd NFs的电催化活性随着金属浓度、电流和电解时间的增加而迅速提高（亚甲基蓝MB的在664 nm的吸收下降）。此外，体外水平也表明：在方波电流的作用下，复合的Pt−Pd NFs催化水分子产生的强毒性羟基自由基可高效杀伤肿瘤细胞。

图3：(A)双盐桥装置；(B)MB在不同组别中的降解。(C) EDT机理。不同浓度(D)、不同电流强度(E)下对MB的EDT催化降解评价；(F)MB的UV-vis吸收光谱（方波电流，5 mA，100s）。

三、电动力协同免疫治疗ICD效应的研究

经EDT处理后，肿瘤细胞中CRT表达增加，HMGB1显著从细胞核向细胞质迁移。同时，通过EDT的ICD作用和DON的免疫抑制转化共同作用，可有效促进DCs的成熟，从而激活对肿瘤的强烈保护性免疫应答。

图4：(A)Pt-Pd@DON诱导的ICD效应示意图；(B)细胞的CRT和HMGB1的CLSM图；(C)治疗后小鼠肿瘤的CRT免疫组化分析；(D)小鼠肿瘤引流淋巴结细胞的DCs成熟。

四、电动力协同免疫治疗体内研究

在Pt-Pd NFs发挥EDT杀死肿瘤细胞的同时，DON则可以抑制谷胱甘肽的形成，并避免电场产生的活性氧被清除以削弱治疗效果。基于内源的过氧化氢条件，Pt-Pd NFs也可协助DON通过缓解乏氧强化DCs成熟和CD8+T细胞的浸润，从而可使EDT联合谷氨酰胺代谢抑制行为发挥显著的活体治疗作用，通过保护性免疫有效抑制肿瘤的复合和转移。

图5：(A)肿瘤组织中CD8+T细胞比例；(B)肿瘤组织中巨噬细胞M1、M2的流式细胞术分析；(C)免疫荧光分析，CD8、iNOS和CD206；(D)小鼠血清中细胞因子的ELISA分析；(E)肿瘤组织中相关蛋白的WB分析；(F)转移模型构建及方案；(G)转移模型小鼠肺和肝脏的H&E染色。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c08544

通讯作者介绍：

于梦，药剂学博士，南方医科大学副教授，硕士生导师。近年来围绕抗肿瘤纳米药物在动力学治疗和肿瘤微环境调控方面的应用，开展了一系列工作。以通讯/第一作者在ACS Nano、Advanced Science、Small Methods、Nano Letters、Bioactive Materials、Biomaterials、Chemical Engineering Journal、Journal of Controlled Release、Acta Pharmaceutica Sinica B等国际期刊上发表SCI收录论文17篇，其中11篇IF＞10，参编论著1部，论文被国内外同行引用1100次以上，H因子为21。主持国家自然科学基金青年项目、广东省自然科学基金项目、南方医科大学高层次人才培育项目等；担任SCI杂志Asian J Pharm Sci和Chinese Chem Lett的青年编委。

喻志强，博士，教授，博士生导师，博士后合作导师，曾担任先进生物材料PI团队主任。2010年长崎大学药学院获药学博士, 2011年1月起在美国亚利桑那州立大学Sidney Hecht课题组开展博士后研究，主要研究博来霉素肿瘤药物合成和作用机制的研究。2015年7月受聘于南方医科大学生物药剂学科教授。其研究兴趣包括新型靶向纳米递药系统，癌症诊疗一体化，智能响应小分子前药纳米制剂，美容活性分子或特膳健康食品的研究等。近年来以一作或者通讯在Adv. Mater, J. Am. Chem. Soc, ACS Nano, Nano Letters, Adv.Funt.Mater, Advanced Sci, JMC, Biomaterials, Small, Biosens Bioelectron, Nano Res，APSB，JCR, Bioact Mater等国际期刊发表SCI论文60余篇，11篇为ESI高被用论文, 19年以来以通讯作者发表IF大于10研究论文13篇。论文总引用约4300多次，H因子39。主持10多项科研基金，包括3项国家自然科学基金面上项目等。担任Adv Mater, ACS Nano, Adv.Funt.Mater, Chem Sci, Biomaterials, Theronostic, JMC等多个国际主流杂志评审专家。国家自然科学基金评审专家；中国抗癌协会纳米肿瘤学专业委员会青年委员；中国生物医学工程委员会青年委员；中国药剂学专业委员会青年委员；中国化学快报编委；AJPS杂志青年编委；药学学报B青年编委；广东省精准医学运用学会纳米医学分会副主任委员。