Nature Nanotechnology|AND 逻辑纳米粒子用于转移性癌症的精准免疫疗法

系统性免疫疗法对转移性癌症的成功依赖于在正常组织上实现肿瘤特异性免疫激活的能力。单门刺激响应系统无法充分区分肿瘤与正常组织信号。本文报道了一种 AND 门控纳米颗粒，其在转移性癌症的全身治疗中需要酸性 pH 和缺氧信号来激活干扰素基因刺激因子（STING）通路。这种双刺激响应纳米颗粒由小分子 STING 激动剂通过缺氧敏感连接剂与 pH 敏感聚合物结合而成。生化分析确认了 STING 激活中的 pH-缺氧和逻辑真值表。纳米颗粒激动剂显著减轻了多种免疫冷肿瘤模型中的转移负荷，同时表现出极小的全身毒性。机制研究显示，肿瘤常驻 I 型树突状细胞中的 STING 激活驱动 CD8+ T 细胞的启动和浸润，并与免疫检查点抑制剂协同作用。该 AND 逻辑纳米平台为 STING 介导的免疫疗法提供了安全且有效的转移性癌症治疗方法。

该研究以题为“AND logic nanoparticle for precision immunotherapy of metastatic cancers”发表在Nature Nanotechnology上。

图1

筛选STING激活纳米颗粒在LL/2肺转移模型中的安全性与抗肿瘤疗效

a. “与”逻辑纳米颗粒设计示意图及PEG-b-P(SC7A-L-MSA-2)的化学结构。
b. 对携带LL/2转移结节的小鼠单次静脉注射不同STING纳米颗粒后，小鼠肺部的代表性光学图像。
c. 静脉注射PBS、MSA-2（2.3 mg kg⁻¹）、PSC7A（20 mg kg⁻¹）和“与”逻辑纳米颗粒（20 mg kg⁻¹）后LL/2结节的数量（n = 4）。
d. 来自c中治疗小鼠的血清肝、肾毒性评估及全身性细胞因子水平的热图（n = 4）。
e. 使用降维方法对“与”逻辑纳米颗粒进行抗肿瘤疗效（x轴）与毒性（y轴）评估。MCP-1：单核细胞趋化蛋白-1；TNF：肿瘤坏死因子。

STING激活纳米颗粒的“与”逻辑设计评估

a. PSC7A-Hy-20MSA-2（PHM）共聚物的化学结构。
b. PHM纳米颗粒的pH-缺氧“与”逻辑门控示意图。
c. PHM纳米颗粒（1 mg ml⁻¹）在PBS中于37°C孵育24小时后的MSA-2释放HPLC分析，条件为pH 7.4或6.5，存在或不存在NQO1（100 µg ml⁻¹）/NADH（800 µM）。
d. PHM纳米颗粒（1 mg ml⁻¹）在不同环境条件下24小时内MSA-2释放的动力学分析。
e. PHM纳米颗粒（1 mg ml⁻¹）在pH 6.5条件下，于不同孵育环境中的MSA-2释放：GSH（10 mM）、NADH（800 µM）、NQO1（100 µg ml⁻¹）、NQO1（100 µg ml⁻¹）/NADH（800 µM）以及NQO1（100 µg ml⁻¹）/NADH（800 µM）/双香豆素（100 µM）（数据表示均值±标准误，每组n=4个样品管）。
f. PHM纳米颗粒在常氧（20% O₂）或缺氧（1% O₂）条件下孵育24小时后，THP1-ISG细胞中IFNβ分泌的剂量依赖性。
g. 在缺氧条件下，PHM纳米颗粒（50 µg ml⁻¹）与

双香豆素（100 µM）或巴弗洛霉素（250 nM）共孵育后，THP1-ISG细胞中

的IFNβ分泌（数据表示均值±标准误，每组n=3个孔）。
h. PLGA-Am-MSA-2（4 mg ml⁻¹）、PSC7A-Am-MSA-2（1 mg ml⁻¹）、PLGA-Hy-MSA-2（4 mg ml⁻¹）和PSC7A-Hy-MSA-2（1 mg ml⁻¹）在pH 6.5及NQO1（100 µg ml⁻¹）/NADH（800 µM）条件下孵育后MSA-2释放的HPLC分析。
i. 在缺氧条件（1% O₂）下，与PLGA-Am-MSA-2（0.4 mg ml⁻¹）、PSC7A-Am-MSA-2（0.1 mg ml⁻¹）、PLGA-Hy-MSA-2（0.4 mg ml⁻¹）和PSC7A-Hy-MSA-2（0.4 mg ml⁻¹）孵育后THP1-ISG细胞中的IFNβ分泌（数据表示均值±标准误，每组n=4个孔）。
j. LL/2肺转移模型中，经PLGA-Am-MSA-2（80 mg kg⁻¹）、PSC7A-Am-MSA-2（20 mg kg⁻¹）、PLGA-Hy-MSA-2（80 mg kg⁻¹）和PSC7A-Hy-MSA-2（20 mg kg⁻¹）治疗后的肺部图像。
k. 对应j中治疗后肺转移结节计数（数据表示均值±标准误，每组n=3只小鼠）。所有聚合物纳米颗粒的剂量均调整为等当量的MSA-2剂量。P值通过普通单因素方差分析（e、g、i、k）和双因素方差分析（d、f）确定。

总结

这项研究设计了一种“与”逻辑纳米颗粒，专门用来对付转移性癌症。他们把STING激动剂MSA-2通过一个偶氮苯键连在pH敏感的PSC7A聚合物上，只有当肿瘤微环境同时满足酸性（pH<6.5）和缺氧（NQO1高表达）两个条件时，药物才会被释放出来。在LL/2肺转移模型里筛选了不同连接子和药物比例的配方，发现PSC7A-Hy-20MSA-2（PHM NP）效果最好——单次静脉注射后肺结节从30个降到1-2个，而且肝酶和炎症因子水平跟PBS组差不多，安全窗口明显优于其他设计。

机制上，PHM NP主要被脾脏、淋巴结和肺里的cDC1、巨噬细胞这些抗原呈递细胞吞进去，而不是直接进到肿瘤细胞里。缺氧条件下DC里的NQO1酶升高，触发偶氮苯键断裂，MSA-2释放后激活STING通路，磷酸化的STING在cDC1里大量出现，这些cDC1再跟CD8+ T细胞发生物理接触，把T细胞招募到肿瘤部位。清除CD8+ T细胞后疗效完全消失，清除NK细胞部分减弱，而切掉脾脏也明显影响效果。在4T1乳腺癌和B16F10黑色素瘤转移模型里，PHM NP同样能显著减少肺转移结节，延长生存期，跟aPD1联用在B16F10模型里还能进一步协同。这套“双锁”逻辑让STING激动剂只在肿瘤局部激活，避免了全身性免疫副作用。

参考文献：