智能树状大分子纳米凝胶通过协同糖酵解抑制与免疫激活增强mRNA癌症治疗

《Bioactive Materials》：Smart dendrimer nanogels boost mRNA-based cancer therapy via synergistic glycolysis inhibition and immune activation

本研究针对mRNA癌症疫苗递送效率低、缺乏对癌细胞直接作用等挑战，开发了pH响应型双功能树状大分子纳米凝胶（DNGs）。研究人员通过曼糖修饰的G3 PAMAM树状大分子与双醛基PEG交联构建DNGs载体，成功实现了树突状细胞靶向递送gp100 mRNA和肿瘤细胞糖酵解抑制的双重功能。实验表明DNG/mgp100疫苗联合抗PD-L1抗体可显著抑制黑色素瘤生长并有效预防肿瘤发生，为mRNA疫苗开发提供了新策略。

　　

在癌症免疫治疗领域，mRNA疫苗因其制备快速、安全性好等优势成为研究热点，但脆弱的mRNA分子需要高效递送系统保驾护航。更棘手的是，现有疫苗大多只专注于激活免疫细胞，却对狡猾的癌细胞束手无策——这些细胞不仅会逃避免疫攻击，还通过异常活跃的糖酵解代谢（Warburg效应）快速增殖。如何打造既能精准递送mRNA又能直击癌细胞弱点的"智能武器"，成为科学家们亟待突破的难题。

针对这一挑战，发表于《Bioactive Materials》的研究提出了一种创新解决方案。研究团队巧妙设计出pH响应型双功能树状大分子纳米凝胶（DNGs），其独特之处在于整合了曼糖（Man）的靶向与代谢调控功能。该载体通过曼糖修饰的第三代聚酰胺-胺（PAMAM）树状大分子与双醛基聚乙二醇（PEG）交联构建，形成直径约45.7纳米的球形结构。这种设计使DNGs既能通过曼糖受体介导的内吞作用靶向树突状细胞（DCs），又能在肿瘤微环境酸性条件下释放曼糖，抑制癌细胞的糖酵解通路。

研究采用微乳液法制备DNGs，通过动态光散射、电镜等技术表征其理化性质，并利用小鼠黑色素瘤模型评估治疗效果。关键实验包括：体外评估纳米凝胶的细胞相容性、mRNA递送效率、溶酶体逃逸能力；通过代谢检测验证糖酵解抑制效果；利用流式细胞术分析免疫细胞活化；通过动物实验观察肿瘤抑制效果及免疫应答。

3.1 DNGs的合成与表征

研究人员首先合成了曼糖和苯硼酸（PBA）修饰的G3 PAMAM树状大分子（G3-PBA-Man），核磁共振显示每个树状大分子连接约6.1个PBA和3.6个曼糖分子。随后与双醛基PEG交联形成DNGs，傅里叶变换红外光谱在1650 cm^-1处出现亚胺键特征峰，证实交联成功。透射电镜显示DNGs呈规则球形，平均尺寸45.7纳米，在pH 6.5条件下发生解离，体现良好的pH响应性。

3.2 DNGs的生物相容性

毒性实验表明，即使浓度高达500 μg/mL，DNGs仍保持90%以上的树突状细胞存活率，显著优于商业转染试剂Lipo8000。溶血实验显示溶血率低于5%，证明其血液相容性良好。

3.3 癌细胞糖酵解抑制与mRNA递送

DNGs处理显著降低B16F10癌细胞的乳酸和ATP水平，证明其糖酵解抑制功能。同时，DNGs能高效压缩gp100 mRNA，在质量比48:1时实现最优树突状细胞摄取，且摄取过程主要依赖脂筏介导的内吞作用。

3.4 溶酶体逃逸与摄取机制

共聚焦显微镜观察显示，DNG/Cy3-mgp100复合物在6小时进入溶酶体，8小时后成功逃逸，共定位指数从0.86降至0.33。抑制剂实验证实摄取依赖能量和脂筏途径。

3.5 体外mRNA转染与树突状细胞成熟

DNGs介导的EGFP mRNA转染效率显著高于Lipo8000，并促进84.9%的树突状细胞成熟，CD80/CD86表达量明显提升，证明其有效激活抗原呈递功能。

3.6 体内淋巴结靶向

近红外荧光成像显示，DNG-Cy5.5/mgp100在注射2小时后富集于淋巴结，信号强度显著高于无曼糖修饰的对照组，证实其靶向递送能力。

3.7 治疗性疫苗效果

在黑色素瘤模型中，DNG/mgp100联合抗PD-L1抗体治疗组肿瘤体积抑制最显著（相对体积1.9），脾脏CD8⁺和CD4⁺T细胞比例显著增加，肿瘤内乳酸/ATP水平下降，体现协同抗肿瘤效果。

3.8 预防性疫苗效果

预防性接种DNG/mgp100可延迟肿瘤发生，增加中枢记忆T细胞（T_CM）和效应记忆T细胞（T_EM）比例，血清细胞因子水平显著升高，表明诱导了持久免疫记忆。

该研究首次将树状大分子纳米凝胶应用于mRNA疫苗领域，创新性地实现了"一石二鸟"的治疗策略：既通过精准递送mRNA激活抗肿瘤免疫，又利用曼糖代谢干预直接削弱癌细胞。这种双功能设计克服了传统疫苗的局限性，特别是与免疫检查点抑制剂的协同作用，为实体瘤治疗提供了新思路。研究展现的良好安全性及预防/治疗双重功效，标志着mRNA疫苗载体设计的重要突破，有望拓展至其他癌症类型的免疫治疗应用。