港科大唐本忠院士、林荣业教授、武汉大学孙志军教授《Nat. Commun.》：AIE COF用于诱导三级淋巴形成促进抗肿瘤免疫

免疫检查点阻断（ICB）疗法已成为癌症治疗中一种有前景的创新策略。尽管其潜力巨大，但ICB的临床疗效常常受到低响应率的限制。最近，在肿瘤免疫微环境（TIME）中发现了三级淋巴结构（TLS），为提高ICB疗法的响应率提供了新的途径。这些三级淋巴结构通常出现在非淋巴慢性炎症组织（如热肿瘤）中，并已被证实能通过促进淋巴细胞浸润和抗原呈递来显著增强免疫反应。近年来研究者们开始探索利用趋化因子、细胞因子、抗体和抗原呈递细胞来诱导三级淋巴结构的产生。然而由于三级淋巴结构形成需要持续的炎症环境，目前很少有研究者探索将纳米药物用于诱导三级淋巴结构（iTLS）的形成，开发能够高效诱导三级淋巴结构形成的纳米药物是一项有应用转化潜力但极具挑战性的任务。

TLS在慢性炎症环境中形成，其特点是淋巴细胞结构有序的聚集，内部由B细胞区和T细胞混合组成。这种结构绕过了树突状细胞和其他免疫细胞将抗原运输至淋巴结的需求，使免疫细胞能够直接与TIME内的特异性抗原结合。此外，TLS内炎症细胞因子（如CXCL10、CXCL13、CXCL19、CXCL21、IL-22和IL-7）的过表达可以刺激免疫细胞的成熟和浸润，从而大幅增强抗肿瘤免疫反应。共价有机框架材料（COFs）作为一种新型的纳米药物因其优异的可修饰性、靶向能力、功能性和免疫逃逸特性，受到癌症治疗领域的广泛关注。然而，传统的COFs纳米药物由于其光疗性能受限，无法有效刺激强烈和持续的炎症反应以诱导iTLS。此外，传统的基于COF的光敏剂（PSs）为非发射性，在聚集状态下由于抗凋亡和聚集引起的猝灭（ACQ）效应而导致治疗效果有限，减少了其活性氧（ROS）的产生。利用聚集诱导发光（AIE）发光剂作为光疗诊断剂是一种有前景的策略，能够在聚集时增强ROS的产生。尽管在将AIE发光剂融入COF骨架方面进行了大量努力，但所得COFs常常表现出较弱的发射，原因在于亚胺键的强激发态能量耗散。

TLS的形成依赖于一个持续的炎症环境，这一过程类似于珍珠在人工植入珠核后的长期培育中逐渐形成的方式，即所谓的“插核育珠”方法。受到“人工养殖珍珠”技术的启发，香港科技大学唐本忠院士/林荣业教授与武汉大学孙志军教授团队合作，采用了电子受体和π桥接工程的组合策略，构建了一系列高发射的基于AIE COF的PSs，包括TPDA-TDTA-COF、TPDA-BT-COF和TPDA-ViBT-COF。研究者设想这些基于AIE COF的纳米药物可能起到类似于珠核的作用，能够引发稳定的慢性炎症微环境，从而确保TLS的成功形成，并促进癌症免疫治疗的响应率。结果证明这些AIE COF展现出优秀的光动力（PDT）和光热（PTT）治疗性能。其中，TPDA-ViBT-COF表现出优异的光吸收、适当的能带能量、高荧光量子产率和长寿命。这些优势使得TPDA-ViBT-COF有望作为一种非常有潜力的AIE COF光敏剂用于高效诱导三级淋巴结构的形成。体内研究表明，TPDA-ViBT-COF介导的光疗有效改善了免疫抑制微环境，同时刺激宿主防御系统，从而引发强烈和持续的炎症反应，有利于促进iTLS的形成并增强癌症免疫治疗。因此，COF介导的光疗在诱导TLS形成方面的高效能在MC38和4MOSC1肿瘤模型中得到了成功验证。值得注意的是，该治疗方法在消除原发肿瘤和远处肿瘤方面表现出显著疗效，同时有效抑制了肿瘤复发。

单细胞测序（scRNA-seq）已成为研究细胞层面遗传和功能的一项强大技术，为肿瘤微环境及潜在治疗策略提供了宝贵的见解。在本研究中，研究者使用了scRNA-seq和酶联免疫吸附测定（ELISA）技术，系统研究了AIE COF诱导TLS形成的机制。scRNA-seq分析显示，在接受TPDA-ViBT-COF治疗的肿瘤中，TLS相关免疫细胞，包括B细胞和CD4⁺ T细胞，显著扩增。此外，多重免疫组化（mIHC）结果表明，淋巴细胞形成了广泛的聚集，内部为B细胞区，周围散布着CD4⁺ T细胞，确认了TPDA-ViBT-COF治疗后TLS的成功形成。ELISA结果则揭示了CCL19、CCL21、CXCL10、IFNγ、TNFα和IFNβ等细胞因子的大量分泌，这些因子已知可以促进肿瘤微环境中T细胞的聚集，同时IL-22、IL-17和IL-13等细胞因子的大量产生有利于增强B细胞的成熟、增殖和迁移。值得注意的是，TPDA-ViBT-COF广泛存在于TLS的区域，表明TPDA-ViBT-COF能够促进系统免疫细胞（如T细胞和B细胞）向肿瘤的招募。综合这些结果表明，TPDA-ViBT-COF介导的光疗可通过促进细胞因子的大量分泌，有效诱导iTLS的形成，从而促进T细胞和B细胞的招募、成熟和增殖。这项工作是首例COF纳米药物用于高效诱导TLS的形成，不仅为TLS诱导剂设计提供了新的思路，也为增强癌症免疫治疗疗效提供了新的策略及研究基础。

图1. AIE COF介导的光疗通过刺激关键细胞因子的大量分泌，成功诱导三级淋巴结构（TLS）的形成并进一步提升抗肿瘤免疫反应。

图2. AIE COF（TPDA-TDTA-COF, TPDA-BT-COF 和 TPDA-ViBT-COF）的构建及结构表征。

图3.AIE COF（TPDA-TDTA-COF, TPDA-BT-COF 和 TPDA-ViBT-COF）的光物理性能表征。

图4. AIE COF（TPDA-TDTA-COF, TPDA-BT-COF 和 TPDA-ViBT-COF）的抗肿瘤能力。

图5. TPDA-ViBT-COF诱导三级淋巴结形成的机制研究。

该研究成果近日以论文形式在线发表在Nature Communications上，题目为“Trigger inducible tertiary lymphoid structure formation using covalent organic frameworks for cancer immunotherapy”。香港科技大学博士后张亮和武汉大学口腔医院博士研究生张勃昕、张梦洁为该论文共同第一作者，香港科技大学唐本忠院士、林荣业教授和武汉大学孙志军教授为该论文共同通讯作者。

全文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-024-55430-4

通讯作者

唐本忠，香港中文大学（深圳）理工学院院长、校长学勤讲座教授。分别于2009年、2013年、2017年和2020年当选为中国科学院院士、英国皇家化学学会会士、亚太材料科学院院士和发展中国家科学院院士。作为AIE概念的提出者和研究的引领者，唐本忠院士发表学术论文2000多篇，总引用超过十六万次，h因子为178。自2014年以来，连续入选化学和材料双领域高被引用科学家。唐本忠教授先后获得多项荣誉及奖励，如国家自然科学一等奖（2017），何梁何利科学与技术进步奖（2017）、第27届夸瑞兹密国际科学奖（2014）、美国化学会高分子学术报告奖（2012）、国家自然科学二等奖（2007）、裘槎高级研究成就奖（2007）、中国化学会高分子基础研究王葆仁奖（2007）和爱思唯尔出版社冯新德聚合物奖（2007）等。现任德国Wiley出版社发行的Aggregate《聚集体》杂志主编以及20多家国际科学杂志顾问、编委或客座编辑等。

林荣业，香港科技大学化学系研究副教授。分别于1996年、1998年和2003年在香港科技大学化学系获得学士、硕士和博士学位。主要研究方向包括具有线型和超支化结构的新型聚合物的设计与合成、新型炔烃聚合反应的开发，以及新型AIE材料的设计、合成和应用。自1998年至今，已开发了多种新合成方法并用其合成了超过200种不同的具有独特光学、介晶相学、手性光学、电子性质的线型聚乙炔和超支化亚芳烃类聚合物。撰写专著章节32章，发表论文640余篇，总引用次数58000余次，h因子高达129。全球化学科学家最新排名第169（中国排名第18），连续多年年被汤森路透社评为化学领域“高被引科学家”。

孙志军，医学博士，美国国立卫生研究院博士后。教育部“长江学者奖励计划”特聘教授 、楚天英才湖北省医学领军人才。武汉大学口腔医学院口腔颌面头颈肿瘤外科副主任，，一级主任医师，博士生导师。口颌系统重建与再生全国重点实验室PI，武汉大学免疫与代谢研究中心PI，武汉大学泰康生命医学中心PI。兼任中国抗癌协会口腔颌面肿瘤整合医学专业委员会副主任委员，中国抗癌协会青年理事会副理事长。在Nat Biomed Eng等杂志发表第一或通讯作者论文200余篇，其中Nature子刊8篇，一区论文60余篇，ESI高被引12篇，单篇最高影响因子46.2，他引7800余次，H指数54。主持国家自然科学基金9项，湖北省杰出青年基金1项及湖北省海外合作项目1项，参与国家重点研究计划2项。担任人卫版本科生教材《口腔医学》副主编、Oral Dis及VIEW Med杂志副主编，担任Nano TransMed及中华口腔医学杂志编委。获得中国口腔颌面外科邱蔚六曙光奖。主要科研方向口腔癌免疫治疗增效。联系邮箱：sunzj@whu.edu.cn。申请专利4项，实现转化2项。作为第一完成人获得湖北省自然科学二等奖1项。本课题组热烈欢迎博士后研究人员和有才华的年轻学者加入，开展合作与交流，共同探索和创新！

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