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为解决肝癌免疫治疗和放疗面临的难题，武汉大学第一临床学院研究人员开展 ZIF-8@MnCO@DOX（ZMD）纳米颗粒研究。结果显示 ZMD 能增强放疗效果、激活免疫反应。推荐阅读，助力探索癌症治疗新策略。
在癌症治疗的战场上，肝癌一直是个 “顽固分子”。肝癌是世界上常见的癌症之一，发病率和死亡率都相当高，严重影响着患者的生活质量，其中肝细胞癌（HCC）又是肝癌中最常见的类型。
癌症免疫疗法的出现，曾给人们带来了新的希望。它就像给免疫系统 “打了一针兴奋剂”，能够激活免疫系统，抑制肿瘤细胞的免疫逃逸，而且和直接杀死癌细胞的化疗药物相比，副作用更小。但现实却很残酷，由于肝脏复杂的微环境以及 HCC 自身的特性，免疫检查点抑制剂（ICI）免疫疗法在治疗 HCC 时面临着重重困难，比如治疗的有效率低、容易产生耐药性，还可能引发全身性的副作用。所以，寻找新的精准免疫疗法迫在眉睫。
与此同时，放射疗法也是癌症治疗的重要手段之一。它能直接杀死局部肿瘤细胞，还能对肿瘤微环境（TME）进行免疫调节。放疗引发的 DNA 损伤响应在杀死肿瘤细胞的过程中起着关键作用，而且 DNA 双链断裂（DSBs）还能进一步刺激 cGAS-STING 通路的激活。从理论上讲，放疗和 cGAS-STING 通路激活剂联合使用，效果应该很不错。然而，肿瘤的放射敏感性却成了 “拦路虎”，限制了放疗的疗效。而且传统的放射增敏剂对 HCC 的治疗效果也不尽如人意。此外，市面上现有的 cGAS-STING 激动剂不仅容易被清除，还可能引发过度的细胞因子反应，导致难以控制的炎症和严重的身体损伤。
为了解决这些棘手的问题，武汉大学第一临床学院的研究人员在《Journal of Nanobiotechnology》期刊上发表了题为 “ZIF-8@MnCO@DOX nanoparticles enhance radiosensitivity of hepatocellular carcinoma via activation of the cGAS–STING pathway” 的论文。研究人员通过一系列实验发现，他们设计合成的多功能纳米颗粒系统 ZIF-8@MnCO@DOX（ZMD），能有效激活 cGAS-STING 通路，促进抗肿瘤免疫反应。在与放疗联合使用时，ZMD 展现出了强大的肿瘤杀伤效果，能让原发性肿瘤和远处转移瘤都出现消退。这一研究成果为免疫疗法和放疗联合治疗晚期癌症提供了一种简单、安全又有效的策略。
在这项研究中，研究人员用到了几个关键的技术方法。他们采用动态光散射（DLS）来测量纳米颗粒（NPs）的大小和 zeta 电位，用透射电子显微镜（TEM）观察 NPs 的形态，利用元素映射确定 NPs 的元素组成。在细胞实验方面，进行了细胞毒性检测、细胞摄取实验、细胞克隆形成实验等多种实验来探究 ZMD 的作用。在动物实验中，构建了肿瘤模型，进行体内荧光成像和抗癌治疗等研究。
下面我们来详细看看研究结果。
1. ZMD 的合成与表征
研究人员利用原位 “一锅法” 成功制备了 ZMD。TEM 图像显示，合成的 NPs 大小均匀，粒径约为 100nm。DLS 的结果也证实了这一点，并且还发现 ZMD 表面带有约 10mv 的正电荷。这种大小和电荷特性使得 ZMD 能够通过增强渗透和滞留效应（EPR 效应），更容易地渗透到肿瘤组织中。元素映射的结果确认了 ZMD 中含有 Mn、N、O 和 Zn 等元素。在不同 pH 值下的释放实验表明，ZMD 在中性条件下能够长时间保持稳定，保护药物不被释放；而在酸性条件下，锰离子的释放率在 30 小时内可达 95%，DOX 在 8 小时内的释放率可达 82%。稳定性测试也显示，ZMD 在溶液中能够长时间保持稳定。此外，通过共聚焦显微镜和流式细胞术观察发现，HCC 细胞对 ZMD 有较高的摄取率。CCK8 实验则表明，ZMD 对肿瘤细胞的杀伤效果最好。
2. ZMD 的体外杀瘤效果
为了评估 ZMD 对肿瘤细胞生长、侵袭和转移的抑制作用，研究人员进行了多项实验。伤口愈合实验发现，ZMD 能够显著抑制 HCC 细胞的转移，而且 ZMD 与放疗联合使用时，对 HCC 细胞转移的抑制作用更强。Transwell 实验表明，ZMD 抑制 HCC 细胞侵袭能力的效果比 ZIF-8 和 ZIF8@MnCO 更显著。克隆形成实验的结果显示，ZMD 与放疗协同作用，能更好地抑制 HCC 细胞的集落形成能力。活死细胞染色实验进一步证实，ZMD 能够显著杀死肿瘤细胞，ZMD 与放疗联合处理时，HCC 细胞的活性受到更明显的抑制。此外，研究还发现 ZMD 与放疗协同作用能够显著诱导细胞内活性氧（ROS）的产生，并且 ZMD 能够有效诱导肿瘤细胞凋亡，ZMD 与放疗联合处理时，细胞凋亡效果更显著。
3. ZMD 激活 HCC 细胞中的 cGAS-STING 通路
细胞损伤释放到细胞质中的双链 DNA（dsDNA）会触发 cGAS-STING 通路的激活。免疫荧光结果显示，ZMD 会导致 HCC 细胞的 DNA 损伤，ZMD 与放疗联合处理时，DNA 损伤效果更强。免疫荧光和蛋白质免疫印迹实验都验证了 ZMD 与放疗联合能够有效激活 cGAS-STING 通路，而且 ZMD 对该通路的激活作用比 ZIF-8、ZIF-8@MnCO 和 DOX 更明显。
4. ZMD 促进 DC 细胞成熟和抗肿瘤免疫反应
激活的 cGAS-STING 通路能够促进干扰素（IFNs）的表达，IFNs 可以刺激树突状细胞（DC 细胞）和巨噬细胞成熟和激活，增强细胞毒性 T 细胞（CTL）和自然杀伤细胞（NK 细胞）产生颗粒酶和穿孔素，从而激活先天性和适应性免疫来杀死癌细胞。研究人员用不同药物处理 DC 细胞后发现，ZMD 能显著促进 DC 细胞的成熟，促进 DC 细胞释放 IFNβ、CXCL10 和 ISG15 等细胞因子，表明 ZMD 能够诱导 DC 细胞释放细胞因子，发挥抗肿瘤免疫治疗的作用。此外，蛋白质免疫印迹实验显示，ZMD 处理后，DC 细胞中的 cGAS-STING 通路被显著激活。通过转录组测序，研究人员还发现 ZMD 处理后，肿瘤抑制基因上调，促进 HCC 进展的基因下调，并且 ZMD 处理与肿瘤以及免疫相关的通路有关。
5. ZMD 的体内生物相容性和治疗效果
为了验证 ZMD 在体内的安全性和治疗效果，研究人员进行了小鼠实验。实验结果显示，ZMD 对小鼠没有明显的毒性，在治疗期间对小鼠的体重也没有显著影响。ZMD 抑制小鼠肿瘤生长的效果比 ZIF-8 和 ZIF-8@MnCO 更显著，ZMD 与放疗联合使用能够对肿瘤产生治疗效果，显著减轻小鼠的肿瘤负担。体内成像实验表明，ZMD 具有较高的肿瘤靶向效率，主要分布在肝脏、肾脏和肿瘤中。
6. ZMD 促进体内免疫反应
体外实验发现 ZMD 能够激活 cGAS-STING 通路，促进 DC 细胞成熟和抗肿瘤免疫治疗。体内实验进一步证实，ZMD 能够显著促进小鼠体内 DC 细胞的成熟，增加肿瘤组织中 CD8?T 细胞和 CD4?T 细胞的数量，促使巨噬细胞向 M1 抗肿瘤表型极化。免疫荧光实验也验证了 ZMD 促进了 CD8?和 CD4?T 细胞在肿瘤环境中的浸润，减少了巨噬细胞向 M2 促肿瘤表型的极化。此外，ZMD 能够显著促进小鼠肿瘤组织中 TBK1 和 STING 的磷酸化，激活 cGAS-STING 通路。在构建的肿瘤肺转移小鼠模型中，ZMD 能够显著减少肺转移结节的数量，ZMD 与放疗联合使用时，对远处转移瘤的治疗效果更好。
在这项研究中，研究人员设计合成的 ZMD 纳米颗粒，就像是一个 “多功能战斗堡垒”。它能够携带 Mn2?-Zn2?双吡啶离子和 DOX，激活抗肿瘤免疫治疗，还能增强肿瘤的放射敏感性。和市面上现有的 cGAS-STING 通路激活剂相比，ZMD 不仅能保护药物不被降解，还能特异性地靶向肿瘤组织释放药物，生物相容性也很高。
在肿瘤微环境中，ZMD 就像一个 “智能炸弹”，能够迅速释放 Zn2?、Mn2?、CO 和 DOX。Zn2?和 Mn2?会与肿瘤微环境中的 H?O?发生类芬顿反应，产生 ROS，ROS 就像 “小杀手” 一样，诱导癌细胞发生氧化应激和凋亡，同时还能增强肿瘤细胞的放射敏感性。DOX 则进一步诱导肿瘤细胞死亡，受损细胞释放的 dsDNA 与金属离子协同作用，强烈激活 cGAS-STING 通路，引发强大的抗肿瘤免疫反应。
无论是体外实验还是体内实验，都充分证明了 ZMD 纳米颗粒在治疗 HCC 方面的巨大潜力。它能够显著增强 HCC 细胞的放射敏感性，激活 cGAS-STING 通路，引发强大的抗肿瘤免疫反应。在体外，ZMD 与放疗协同作用，能够有效抑制肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭，诱导肿瘤细胞产生 ROS、DNA 损伤和凋亡。在体内，ZMD 纳米颗粒与放疗联合使用，能够使肿瘤明显消退，减少转移。
不过，目前的研究只是一个开始。未来还需要进一步优化 ZMD 的合成方法，提高材料的性能和安全性，开发更具成本效益的制造工艺，推动 ZMD 从实验室走向临床应用，为更多癌症患者带来新的希望。
