《Biomaterials》：Self-reinforced Photothermal-Immunomodulation Potentiating ISR-ICD Cascade Against Postoperative Relapse
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术后肝癌复发难题通过光热疗法（PTT）与HSP90抑制剂17-DMAG协同增强ISR-ICD级联反应，利用电纺纳米纤维支架实现时空精准调控，重塑免疫微环境并建立持久免疫记忆。
刘一鸣|单继恒|张成志|张俊恒|刘一琳|李长龙|孙佩瑶|焦德超|朱海东|李震|韩新伟|赵雅楠
郑州大学第一附属医院介入放射科，河南省介入放射学重点实验室，中国郑州450001
摘要
术后肝癌复发仍然是一个严峻的临床挑战。光热疗法（PTT）通过消除残留的恶性肿瘤并激活抗肿瘤免疫具有潜力；然而，肿瘤细胞通过整合应激反应（ISR）介导的热休克蛋白90（HSP90）的激活持续重构蛋白质稳态并存活，从而限制了PTT的效果。为了解决这一限制，我们设计了一种基于静电纺丝纳米纤维支架的自增强光热-免疫调节策略，该支架共载有黑磷纳米片（BPNSs）和HSP90抑制剂17-DMAG。这些纳米纤维支架表现出优异的疏水性、高效的光热转换能力和近红外（NIR）响应性药物释放特性。在NIR照射下，纳米纤维支架利用BPNSs产生稳定的PTT效应，同时释放17-DMAG以增强蛋白质毒性，迫使ISR从促进生存的适应状态转向强烈的细胞凋亡（ICD）和免疫原性细胞死亡。因此，显著暴露的损伤相关分子模式通过树突状细胞成熟、细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）的激活以及免疫抑制性细胞的重新编程，增强了肿瘤的免疫原性并重塑了免疫微环境。关键的是，随后与抗PD-L1的联合使用增强了CTLs的功能，并建立了持久的免疫记忆。系统验证表明，这种局部策略独特地将精确的光热能量转换与强大的ISR-ICD级联效应相结合，有效抑制了术后肝癌的复发和转移，具有重要的临床转化潜力。
引言
术后肝癌复发是现代肿瘤学中的一个严峻挑战。尽管针对PD-1/PD-L1的免疫检查点抑制剂（ICIs）已被广泛用于辅助性复发预防，但这些研究的结果并不理想[1]，[2]。这一治疗限制主要源于持续的术后免疫抑制性肿瘤微环境（TME），其特征是免疫原性差、免疫抑制性网络占主导以及PD-L1表达不足——这些因素共同维持了一个免疫学上“冷肿瘤”状态，使肿瘤能够逃避ICIs介导的抗肿瘤免疫[3]。克服这种抵抗需要一种综合治疗策略：直接清除残留的恶性细胞必须与重塑术后TME相结合，以增强ICIs的效果，从而维持持久的抗肿瘤免疫并防止复发。
最近，光热疗法（PTT）作为一种有前景的辅助策略出现，利用了对光响应的二维纳米材料，如石墨烯[4]、过渡金属卤化物[5]、黑磷[6]和MXenes[7]，[8]。其中，黑磷纳米片（BPNSs）因其出色的生物相容性、高光热转换效率和强大的光热稳定性而脱颖而出[9]，[10]。除了直接破坏细胞结构和诱导蛋白质变性外，PTT还能诱导肿瘤细胞的免疫原性细胞死亡（ICD）和抗原及损伤相关分子模式（DAMPs）的释放[11]。这些DAMPs能够促进树突状细胞（DCs）的成熟、巨噬细胞的极化以及抗肿瘤T细胞的激活，从而重新点燃癌症-免疫循环[12]，[13]。此外，PTT还能上调肿瘤的PD-L1表达，与抗PD-1/PD-L1产生协同效应[14]。然而，高温（>41°C）会刺激肿瘤细胞的耐热性，例如从PTT诱导的蛋白质毒性中恢复，限制肿瘤细胞的凋亡和ICD，使它们能够在高温下存活[15]，[16]。为了充分发挥PTT的免疫治疗潜力，克服耐热性被纳入了下一代PTT策略的设计中，以确保强烈的ICD效应。
整合应激反应（ISR）是肿瘤细胞在PTT诱导的蛋白质毒性作用下的一种关键耐热机制[17]，[18]。这一反应的核心是PERK-eIF2α-ATF4信号轴，其中蛋白激酶R样内质网激酶（PERK）在Ser51位点磷酸化真核翻译起始因子2α（eIF2α），激活转录因子4（ATF4），从而调控蛋白质稳态恢复基因的转录[19]。矛盾的是，ISR在细胞命运决定中扮演双重角色：适度的激活通过建立耐热性促进肿瘤细胞存活，而持续或强烈的ISR激活则触发细胞凋亡[20]。值得注意的是，PERK-eIF2α-ATF4信号轴不仅调控ISR的动态，还通过诱导DAMPs的暴露直接影响ICD的效力[21]，[22]。这种二分法提供了治疗机会——策略性地增强PTT诱导的蛋白质毒性可以重新调整ISR的激活阈值，迫使平衡从促进生存的耐热性转向以凋亡和ICD为主导的崩溃。
药物性地加剧蛋白质毒性超过其补偿能力可能会将短暂的ISR适应转化为致命的“应激临界点”[23]。热休克蛋白90（HSP90）是一种在高温下的主要分子伴侣蛋白，也是轻度ISR的关键下游调节因子，它稳定变性和未折叠的蛋白质，减轻蛋白质毒性，同时微调ISR的激活阈值，从而防止应激反应的失控升级[24]，[25]。靶向HSP90的抑制有可能打破这种适应性平衡，促使PTT诱导的蛋白质毒性驱动决定性的ISR-ICD级联反应，同时使TME对ICIs更加敏感。然而，传统的系统性HSP90抑制剂面临重大的转化障碍，包括肿瘤生物利用度低和剂量限制性的脱靶毒性，这突显了需要空间限制和时间控制的药物递送平台[26]，[27]。
在这项研究中，我们通过静电纺丝将BPNSs和HSP90抑制剂17-（二甲氨基乙氨基）-17-脱甲氧格尔丹霉素（17-DMAG）共封装到聚乳酸（PLA）纳米纤维支架（17-DMAG/BPNSs/PLA，简称PBD）中，设计了一种自增强的光热-免疫调节策略。在近红外（NIR）照射下，PBD纳米纤维支架局部产生PTT效应，并光热释放17-DMAG，特异性抑制HSP90介导的蛋白质稳态，通过强烈的PERK-eIF2α-ATF4信号轴激活，协同驱动强大的ISR-ICD级联反应。同时暴露的DAMPs增强了肿瘤的免疫原性，招募了细胞毒性T淋巴细胞（CTLs），并重新编程了免疫抑制性细胞，从而将免疫沉默的微环境重塑为响应性TME。关键的是，PBD纳米纤维支架进一步与抗PD-L1结合，增强了CTLs的功能，并建立了持久的免疫记忆，最终有效抑制了术后肝癌的复发和转移。与其他传统的PTT方法相比，这种自增强的光热-免疫调节策略在分子、细胞和体内模型中的系统评估中独特地结合了光热能量转换与精确的生物学效应，其机制细节见图1。
物理化学表征、光热性能和17-DMAG释放动力学
在典型的合成过程中，通过在高电压电场下使用含有17-DMAG和/或BPNSs的PLA静电纺丝溶液制备了一系列纳米纤维支架，分别命名为P、PD、PB和PBD纳米纤维支架。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了PLA颗粒、17-DMAG粉末、BPNSs和系列纳米纤维支架的化学组成。如图1a所示，PLA颗粒的典型峰位于1747 cm?1的C=O峰处。
讨论
局部和系统性治疗模式的结合逐渐成为肝癌管理的主要范式[1]，[65]。虽然IMbrave 050临床试验最初表明辅助性系统性疗法显著延长了无复发生存期，但后续的研究显示其治疗效果并不理想[66]。在这种背景下，PTT...
结论
在这项工作中，我们基于BPNSs和17-DMAG在PBD纳米纤维支架中设计了一种自增强的光热-免疫调节策略。在NIR照射下，该策略可以触发强大的ISR-ICD级联反应，重塑免疫抑制性TME，并与抗PD-L1结合建立持久的免疫记忆，最终有效抑制肝癌的复发和转移。这种方法通过时空上的耦合，超越了传统的PTT-ICIs疗法...
CRediT作者贡献声明
韩新伟：监督、项目管理。
赵雅楠：撰写初稿、监督、项目管理、资金获取、概念构思。
刘一鸣：撰写初稿、可视化、验证、方法学、研究、数据分析、数据整理。
李震：监督、方法学、资金获取。
焦德超：监督。
朱海东：监督、项目管理、资金获取。
李长龙：方法学。
孙佩瑶：研究。
伦理批准和参与同意
所有动物实验均获得了郑州大学第一附属医院动物护理委员会的批准（ZZU-LAC20220422[09]）。
数据和材料的可用性
所有数据均可在主文本或补充材料中找到。
资助
本研究得到了中国国家自然科学基金（编号82302328）、国家重点研发计划（编号2023YFC2413500）、中国国家自然科学基金（编号82072039、82372067）、中原科技创新领军人才项目（244200510020）、河南省重点研发项目（241111311000）、河南省青年和中年健康科技创新优秀青年人才培训计划（YQRC2024014）等的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
