基因工程化镁/锰纳米颗粒重塑肿瘤微环境增强癌症放射免疫治疗

本研究针对放射治疗(RT)与免疫治疗联合应用时存在的肿瘤微环境(TME)免疫抑制和辐射毒性问题，开发了由基因编辑细胞囊泡(CVs)、MnO2和MgCO3组成的多功能纳米颗粒(CVs@MgMn)。该纳米系统通过分解产生·OH和O2实现放射增敏，同时释放的Mn2+激活STING通路促进树突状细胞(DC)成熟，Mg2+调控CD8+ T细胞代谢并诱导肿瘤相关巨噬细胞向M1型极化。PD1修饰的CVs增强靶向性并阻断PD-L1信号，在黑色素瘤原位和远端模型中显著延长生存期并建立长期免疫记忆。该研究为实体瘤联合治疗提供了创新策略。

　　

研究背景与意义

癌症免疫治疗的突破虽改变了恶性肿瘤治疗格局，但单一疗法生存获益有限。放射治疗作为不可切除肿瘤的一线方案，能通过释放肿瘤抗原激活免疫应答，然而高剂量辐射导致的组织损伤和免疫抑制微环境限制了其协同效果。肿瘤微环境(TME)的低氧和酸性特征不仅降低放疗敏感性，还抑制免疫细胞功能——缺氧影响·OH稳定性，酸性环境加速效应T细胞耗竭，这些因素共同构成联合治疗的重大挑战。

创新策略与技术方法

武汉大学Jicheng Wu、Yangtao Xu等团队设计了一种仿生纳米系统：通过基因工程在细胞囊泡(CVs)表面展示PD1蛋白，包裹MnO₂修饰的MgCO₃纳米颗粒(MgMn)。关键技术包括：(1) PD1-PDGFRβ融合蛋白的膜展示技术；(2) CO₂鼓泡法制备MgCO₃纳米颗粒；(3) 超声挤压法构建CVs@MgMn复合物；(4) 利用B16F10黑色素瘤模型评估原位/远端抗肿瘤效果；(5) 流式细胞术分析TME免疫细胞浸润。

研究结果

纳米颗粒制备与表征

PD1-CVs通过Western blot和流式细胞术验证成功表达，透射电镜显示170 nm的均匀球形结构。XPS和XRD证实MnO₂(Mn⁴⁺)在MgCO₃表面成功修饰，酸性条件下可快速释放Mg²⁺和Mn²⁺。CVs涂层使肿瘤富集效率较游离染料提高8倍。

放射增敏机制

在模拟TME条件下，CVs@MgMn催化H₂O₂产生O₂缓解缺氧，Mn²⁺通过类芬顿反应生成·OH。联合6 Gy照射使B16F10细胞凋亡率提升3倍，克隆形成抑制率达78%。机制上，纳米颗粒通过降低线粒体膜电位、上调Bax/Caspase-3和下调Bcl-2诱发DNA损伤。

免疫调控功能

PD1-CVs竞争性结合PD-L1使CD8⁺ T细胞杀伤效率提升40%。Mn²⁺激活STING-TBK1-IRF3通路，促使DC成熟标志物CD80/CD86表达增加2.5倍。Mg²⁺通过增强糖酵解促进CD8⁺ T细胞代谢，同时将M2型巨噬细胞比例从62%降至28%。

体内治疗效果

在双侧肿瘤模型中，CVs@MgMn联合放疗使原发瘤体积缩小91%，远端瘤抑制率达67%。流式分析显示肿瘤浸润CD8⁺ T细胞增加4倍，中央记忆T细胞(CD44⁺CD62L⁺)比例升至35%。RNA-seq显示Cxcl10、Gzmb等免疫激活基因显著上调。

结论与展望

该研究首次整合镁/锰离子的免疫调节功能与放射增敏效应：(1) MgCO₃中和酸性TME并补充免疫必需Mg²⁺；(2) MnO₂级联反应实现O₂自供给和STING通路激活；(3) PD1-CVs突破免疫检查点封锁。这种"微环境重塑-免疫激活-检查点阻断"的三重协同机制为实体瘤治疗提供普适性策略，且金属离子代谢安全性优于传统纳米材料。未来需优化CVs封装纯度并探索Mg²⁺/巨噬细胞极化的分子机制。