肿瘤微环境可激活的病毒模拟反应器通过重新编程决定细胞命运的抑制性表观遗传机器来增强放射免疫疗法

《Nano Today》：Tumor microenvironment-activatable virus-mimetic reactors reprogram cell fate-defining repressive epigenetic machineries to augment radio-immunotherapy

　　

摘要

在本研究中，我们报道了一种微环境响应的病毒模拟反应器，整合了靶向RNA的腺苷脱氨酶1的DNA酶和地西他滨，以提高放射治疗效果。该反应器可协同破坏抑制性表观遗传机制，驱动坏死性凋亡，从而抑制放疗后细胞存活并促进抗肿瘤免疫反应。具体而言，地西他滨通过抑制DNA甲基转移酶促进逆转录元件转录为双链RNA，而DNA酶则发挥类病毒核酸的可循环反应性，降解ADAR1 mRNA以损害dsRNA清除，协同激活Z DNA结合蛋白1-混合谱系激酶结构域样假激酶信号通路，驱动肿瘤细胞坏死性凋亡，同时诱导病毒模拟反应以刺激T细胞介导的免疫反应。此外，地西他滨介导的DNA去甲基化显著上调主要组织相容性复合物1和共刺激分子，增强活化的CD8⁺ T细胞的细胞毒性潜力。将放射治疗与病毒模拟反应器结合可引发强大的病毒感染样杀肿瘤和疫苗效应，实现有效的系统性肿瘤清除。

引言

放射治疗是一种广泛使用的癌症治疗方法，具有临床证实的治疗和姑息疗效。有趣的是，临床证据表明放射治疗具有显著的免疫刺激潜力，能够介导原位疫苗接种以引发系统性抗肿瘤免疫和远隔效应。从一般角度来看，放射治疗诱导的原位疫苗接种主要依赖于放射治疗诱导的免疫原性细胞死亡和逆转免疫抑制性肿瘤微环境。然而，肿瘤细胞可能通过动态将细胞命运偏向凋亡——一种免疫沉默的程序性细胞死亡模式——来维持放疗后的存活，从而减弱放射治疗相关的免疫原性效应。因此，放疗后肿瘤细胞命运倾向已成为增强放射免疫治疗效果的一个有前景的目标。

放射治疗诱导的肿瘤内在抑制性表观遗传机制的改变是决定放疗后肿瘤细胞命运的主要因素，在协调放疗抵抗和减弱抗肿瘤免疫反应方面发挥关键作用。值得注意的是，放射治疗已知会激活肿瘤基因组中的逆转录元件以转录生成双链RNA，这些dsRNA随后与ZBP1的Zα和RHIM1结构域结合，进一步激活下游MLKL信号通路，触发免疫原性坏死性凋亡，从而驱动放疗后的抗肿瘤免疫反应。然而，近期研究表明，经放射治疗的肿瘤细胞倾向于发生表观遗传重编程，以减弱细胞毒性和免疫刺激影响。典型地，放射治疗会在肿瘤细胞中触发普遍的DNA高甲基化，这不仅限制了包括MHC-I、CD80和CD86在内的促免疫膜标志物的表达，还阻止了放射治疗激活的逆转录元件转录为dsRNA。或者，放射治疗会诱导ADAR1的适应性上调，ADAR1是dsRNA介导免疫反应的主调控因子，能够与ZBP1竞争结合dsRNA，从而阻断下游抗肿瘤免疫信号活动。这些放射治疗适应性改变在抑制性表观遗传机制中协同作用，不仅促进肿瘤细胞存活，还抑制放疗后的病毒模拟反应，从而限制放射治疗诱导的直接肿瘤细胞损伤和免疫刺激潜力。然而，由于毒性问题和缺乏批准的ADAR1抑制剂，针对表观遗传抑制程序的治疗性靶向仍然具有挑战性，突显了需要新的精确表观遗传调控策略来增强放射治疗效果的必要性。

刺激响应性纳米药物为推进肿瘤免疫治疗提供了可行策略。在此，我们构建了一种整合地西他滨和DNA酶药物组合的微环境响应性病毒模拟反应器，以增强放射免疫治疗。其中，地西他滨逆转DNA高甲基化以恢复MHC-I、CD80和CD86的表达，而DNA酶则选择性切割ADAR1 mRNA以阻断dsRNA清除。为此，锌2+-DNA酶纳米配位复合物负载地西他滨，然后用pH响应性、叶酸修饰的病毒样外壳包封，形成病毒模拟反应器，实现肿瘤靶向递送和可触发药物释放。地西他滨-DNA酶组合促进I型干扰素分泌并放大放疗后dsRNA积累，这可以激活ZBP1-MLKL介导的坏死性凋亡和病毒模拟效应，增强肿瘤免疫原性并提高原位疫苗接种效果。病毒模拟反应器强力增强了放射治疗的杀肿瘤效应和由此产生的CD8⁺ T细胞介导的抗肿瘤免疫，延长了4T1荷瘤小鼠的生存期并抑制了转移。这些观察结果共同支持了病毒模拟反应器用于临床治疗难治性和转移性肿瘤的实用性。

章节片段

肿瘤放疗抵抗的表观遗传机制

为研究失调的肿瘤表观遗传学与放疗抵抗之间的相关性，我们首先从TIMER3数据库进行了泛癌分析，结果显示DNMT1和DNMT3A在多种肿瘤组织中显著上调，并与患者预后不良密切相关。值得注意的是，地西他滨能有效增强放射治疗诱导的免疫刺激因子的表达和分泌，以改善肿瘤免疫微环境。放疗后DNA高甲基化对于

结论

放射治疗处理的肿瘤细胞中抑制性表观遗传机制的适应性调节在维持细胞稳态和抑制免疫原性效应方面发挥关键作用，这表明其对放射免疫治疗效果具有深远影响。在本研究中，开发了一种基于生物催化DNA材料的病毒模拟反应器，协同破坏放射治疗诱导的肿瘤细胞适应性抑制表观遗传程序，这不仅抑制了放疗后肿瘤细胞存活，而且

实验部分/方法

材料： 核酸购自上海 Sangon，相应的序列信息见补充表1。地西他滨购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。DNA酶I和RNA酶A购自赛默飞世尔科技。N-(3-氨基丙基)-甲基丙烯酰胺盐酸盐、4-甲酰基苯甲酸、叶酸、甲氧基聚乙二醇和GDA购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，

CRediT作者贡献声明

张琪琪： 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原始草稿，正式分析，数据整理。 李梦欢： 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原始草稿，验证，监督，项目管理，概念化。 罗忠： 写作 – 审阅与编辑，写作 – 原始草稿，监督，项目管理，资金获取，概念化。 杨义锋： 写作 – 审阅与编辑，正式分析，数据整理。 李希远： 写作 – 审阅与编辑，正式

伦理声明

本研究符合ARRIVE指南。本研究经重庆医科大学批准。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能会影响本文所述的工作。

致谢

本研究由国家自然科学基金、国家重点研发计划提供资金支持。作者感谢重庆大学分析测试中心在样品表征过程中的协助。

张琪琪|姚雪梅|李希远|杨义锋|罗忠|李梦欢

生命科学学院；重庆大学，重庆 400044，中国