Nature子刊：在中性粒细胞上的空“背包”可以激活免疫系统对抗癌症

你体内的大多数白细胞是一种叫做中性粒细胞的细胞。尽管它们数量众多，但与其他免疫细胞相比，人们对它们的了解较少，部分原因是它们的寿命非常短:平均…

　　

你体内的大多数白细胞是一种叫做中性粒细胞的细胞。尽管它们数量众多，但与其他免疫细胞相比，人们对它们的了解还不够充分，部分原因是它们的寿命很短:中性粒细胞的平均寿命只有8小时。

然而，最近的研究表明，中性粒细胞是非常灵活的细胞，能够调节炎症，尤其是在癌症的情况下。这使得它们成为免疫疗法的有吸引力的目标，免疫疗法旨在调整免疫系统以更有效地攻击疾病。但以中性粒细胞为基础的治疗仍处于起步阶段。

来自哈佛大学Wyss研究所和哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的一个团队正在帮助将中性粒细胞疗法推进到爬行阶段。在最近发表在《Nature Biomedical Engineering》上的一篇论文中，研究人员证明，通过将称为“背包”的圆盘状微粒附着在中性粒细胞上，它们可以使细胞保持抗肿瘤(N1)状态。

当将这些处理过的中性粒细胞注入患有癌症的小鼠体内时，它们会激活其他免疫细胞来对抗这种疾病，包括自然杀伤细胞(NK)和T细胞。接受治疗的小鼠肿瘤更小，寿命比未接受治疗的小鼠更长，当携带中性粒细胞的背包与常见的“检查点抑制剂”癌症药物结合使用时，结果甚至更好。

40多年来，中性粒细胞一直被用于帮助接受化疗的癌症患者增强免疫系统，因为化疗会耗尽他们身体对抗感染的能力。但利用中性粒细胞直接靶向癌症本身是一个未知的领域，Kumbhojkar和他的合著者决定利用威斯核心学院成员Samir Mitragotri博士实验室首创的背包技术进行探索。

背包微粒以前被用来影响免疫细胞巨噬细胞的行为，在动物模型中成功激活它们来治疗癌症、多发性硬化症和创伤性脑损伤。

最近的研究表明，中性粒细胞与巨噬细胞相似，它们既可以处于促炎状态，也可以处于抗炎状态。由于他们可以成功地用背包控制巨噬细胞的状态，研究人员有一种预感，这种方法也应该适用于中性粒细胞。

当中性粒细胞物理上遇到它们无法吞噬的外来物体时，比如碎片或手术植入物，它们会经历一系列的生物变化，提醒身体的免疫系统注意这种威胁。研究人员必须设计一个足够大的背包来触发这种反应，但要足够小，才能与中性粒细胞一起移动，而不会妨碍它们的正常功能。

他们制作了一种新型背包，他们称之为细胞粘附微补丁（ Cyto-Adhesive Micro-Patches，CAMPs），它由两种聚合物混合组成的圆盘状微颗粒。与以前的背包不同，CAMPs不包含任何旨在进入宿主细胞的生物活性化学物质。为了帮助CAMPs附着在中性粒细胞上，他们添加了一种抗体的片段，这种抗体可以与细胞表面上发现的一种特定蛋白质结合。

研究人员将CAMPs与新鲜的小鼠中性粒细胞混合，发现它们很容易粘在细胞上而不伤害细胞。在实验室和注射到小鼠体内时，携带CAMPs的中性粒细胞迅速释放出几种指示免疫威胁激活的分子。他们还发现CAMPs导致中性粒细胞中超过4000个基因的表达与未治疗的中性粒细胞不同。

具体来说，CAMPs的中性粒细胞表达了更多与抗肿瘤状态相关的基因，以及编码促炎细胞因子的基因。当与其他免疫细胞(包括CD8+、T细胞、NK细胞、树突状细胞和巨噬细胞)共培养时，携带CAMPs的中性粒细胞也激活了它们。

当他们在体外对人类中性粒细胞进行类似的实验时，他们观察到类似的效果，这表明结果可以转化为人类。

在体内抑制免疫的癌症肿瘤存在的情况下，保持中性粒细胞的活性。当将含有CAMPs的中性粒细胞注射到患有黑色素瘤的小鼠体内时，动物血液中多种炎症细胞因子的水平升高，成像测试显示中性粒细胞在4小时内迁移到肿瘤部位(数据在乳腺癌模型中得到了复制)。

小鼠脾脏和排瘤淋巴结中也可见大量中性粒细胞，血液、脾脏和肿瘤中的CD8+、T细胞和NK细胞被激活。在用非CAMPs中性粒细胞治疗的小鼠中没有观察到这些结果。

患有黑色素瘤的小鼠接受含有CAMPs的中性粒细胞治疗后，肿瘤生长速度要慢得多，患有乳腺癌的小鼠接受治疗后存活时间更长，15%的动物癌症完全消退。

当研究人员将他们的中性粒细胞治疗与标准的癌症检查点抑制剂药物(aCTLA-4)结合使用时，黑色素瘤小鼠的肿瘤生长明显减慢，生存率提高。67%的动物存活超过40天，33%的动物在60天内完全缓解。

当这些小鼠再次受到另一种黑色素瘤肿瘤的攻击时，它们都没有再次患上癌症，这表明它们的免疫系统产生了强大的抗肿瘤记忆反应。

在体内抑制免疫的癌症肿瘤存在的情况下，保持中性粒细胞的活性。当将含有CAMPs的中性粒细胞注射到患有黑色素瘤的小鼠体内时，动物血液中多种炎症细胞因子的水平升高，成像测试显示中性粒细胞在4小时内迁移到肿瘤部位(数据在乳腺癌模型中得到了复制)。

小鼠脾脏和排瘤淋巴结中也可见大量中性粒细胞，血液、脾脏和肿瘤中的CD8+、T细胞和NK细胞被激活。在用非CAMPs中性粒细胞治疗的小鼠中没有观察到这些结果。

患有黑色素瘤的小鼠接受含有CAMPs的中性粒细胞治疗后，肿瘤生长速度要慢得多，患有乳腺癌的小鼠接受治疗后存活时间更长，15%的动物癌症完全消退。

当研究人员将他们的中性粒细胞治疗与标准的癌症检查点抑制剂药物(aCTLA-4)结合使用时，黑色素瘤小鼠的肿瘤生长明显减慢，生存率提高。67%的动物存活超过40天，33%的动物在60天内完全缓解。

当这些小鼠再次受到另一种黑色素瘤肿瘤的攻击时，它们都没有再次患上癌症，这表明它们的免疫系统产生了强大的抗肿瘤记忆反应。

研究人员指出，他们只将中性粒细胞与CAMPs一起孵育两小时，然后将其注入小鼠体内，需要进一步的研究来确定处理过的细胞在注入前能维持多久。Mitragotri实验室的成员正在继续探索中性粒细胞治疗其他癌症的能力，包括胶质母细胞瘤，以及使用他们的背包将不同的免疫细胞类型夹在一起，以改善它们对目标组织的递送。

“这种基于中性粒细胞的癌症治疗的部分优点在于，在注入治疗细胞之前，它不需要任何基因工程或修改，这可以大大缩短将挽救生命的治疗方法引入患者体内的处理时间，”Mitragotri说。“与目前的细胞治疗制造技术需要14-16天相比，它甚至可以在几个小时内在病人的床边施用。”

“仅仅将‘空’背包附着在中性粒细胞上的行为就足以激活它们，这使得这项技术作为一种‘无药物’癌症细胞疗法具有吸引力，”第一作者Ninad Kumbhojkar博士说，他曾是Wyss和SEAS的研究生，现在是Tessera Therapeutics的一名科学家。