PNAS |浙江大学医学院王杭祥课题组开发光控肿瘤疫苗

2023年2月14日，浙江大学医学院附属第一医院王杭祥课题组在美国科学院院刊《PNAS》在线发表题为“Photoactivatable nanoagonists chemically programmed for pharmacokinetic tuning and in situ cancer vaccination”的研究论文，以FDA批准可静脉注射的聚合物用于调控免疫药物的体内命运（如药代动力学和肿瘤靶向蓄积等），并开发光可激活的肿瘤原位疫苗，介导特异性抗肿瘤免疫反应，重塑肿瘤免疫抑制微环境并诱导长效免疫记忆（图1）。

图1、近红外光激活的“原位肿瘤疫苗”及其抗肿瘤治疗示意图

光动力疗法（Photodynamic therapy，PDT）产生的活性氧（ROS）引起肿瘤细胞内质网应激进而诱导免疫原性细胞死亡（immunogenic cell death，ICD），释放损伤相关分子模式，如钙网蛋白外翻、核内高迁移蛋白HMGB1及胞内ATP外释。由此产生的肿瘤抗原可刺激树突状细胞成熟并活化T淋巴细胞进行肿瘤杀伤，然而仅由PDT介导的抗肿瘤免疫反应较弱。Toll样受体7/8（TLR 7/8）的小分子激动剂（Resiquimod，RESQ，也被称为R848）在激活抗原递呈细胞和刺激T淋巴细胞增殖方面作用显著。然而系统给药后存在体内代谢清除迅速、易引起较严重的免疫相关不良反应等问题。我们设想通过PDT产生的ROS在肿瘤原位激活R848，诱导ICD的同时激活免疫佐剂，从而实现“原位肿瘤疫苗”的概念。

基于上述设想，课题组采用ROS敏感的缩硫酮键将3种不同聚合度的聚己内酯与TLR激动剂R848共价偶联，改善其药代动力学并最大化肿瘤蓄积。所得PCLn-TK-RESQ前药（n = 8, 16或34）制备成纳米制剂后血液循环时间显著延长且瘤内蓄积增多（图2）。

图2、聚己内酯链段修饰可调控R848（RESQ）药代动力学，延长血液循环时间并增加肿瘤蓄积

选用优化得到的聚己内酯进一步对光敏剂焦脱镁叶绿酸-a（PPa）进行分子结构偶联，得到的聚己内酯-PPa偶联物与PCL16-TK-RESQ共组装，生成光可激活的纳米激动剂（photoactivatable nanoagonist，PNA16）。PNA16具有高效肿瘤特异性蓄积，并可渗透至瘤内深处；近红外激光引起肿瘤细胞免疫原性死亡的同时触发瘤内R848的快速活化，原位产生肿瘤抗原与佐剂协同激活特异性抗肿瘤免疫反应。该光控疫苗在多种肿瘤模型上被得以验证，呈现出优异的抗肿瘤疗效。尤其在4T1原位乳腺癌模型中，PNA注射并经红外光治疗后诱导原发性肿瘤的体积缩小，且有小鼠被治愈；并有效抑制肿瘤切除术后的转移复发，实现了无瘤长期存活（>3个月，图3）。

图3、近红外光照射下，PNA16有效杀伤4T1乳腺癌肿瘤并抑制术后肿瘤复发及转移

进一步研究发现该光控疫苗在激活特异性抗肿瘤免疫反应的同时可重塑肿瘤免疫微环境，显著增强树突状细胞成熟并促进细胞毒性T淋巴细胞、自然杀伤细胞瘤内浸润，诱导肿瘤相关巨噬细胞趋向M1方向极化，后期还可刺激机体产生长效免疫记忆（图4）。

图4、近红外光照射下，PNA可激活特异性抗肿瘤免疫反应，改善肿瘤免疫抑制微环境并诱导长效免疫记忆产生

综上所述，本研究提出了一种免疫小分子药物体内命运的调控策略，并通过红外光激活的手段在肿瘤位点诱导ICD和免疫佐剂的活化。由此构建的“原位肿瘤疫苗”刺激特异性抗肿瘤免疫反应，改善肿瘤免疫抑制微环境，实现更为高效的抗肿瘤转移复发的疗效和药物的安全递送。鉴于光动力治疗的临床可实践性，该药物制剂完全由FDA批准的组分构成，因此由此产生的疫苗具有较好的应用前景。

浙江大学医学院万建钦博士（现为医学院博士后）为论文第一作者，附属第一医院的王杭祥研究员为该论文的通讯作者。课题组近5年已在PNAS、Cancer Res.、Adv. Mater.、ACS Nano、Biomaterials、J. Controlled Release等期刊发表论文60多篇，目前正在积极布局产品管线，推动研究成果的临床转化。感谢新加坡南洋理工大学Kanyi Pu教授对本研究的支持，本研究获得了国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金委及济南微生态生物医学省实验室等项目的资助。