抑制Xkr8用于调控肿瘤免疫微环境和提升化疗效果

文摘   科学   2024-08-07 20:01   山西  
口服跨胃肠道的药物靶向递送系统





近期,美国匹兹堡大学黎松教授团队在《Journal of Controlled Release》期刊2024年第370期中发表了题为“Knocking down of Xkr8 enhances chemotherapy efficacy through modulating tumor immune microenvironment”的研究论文。2023年2月,该团队在《Nature Nanotechnology》期刊上报道了一种能共载铂类药物(FuOXP)和Xkr8小干扰RNA (siXkr8)的新型纳米载体PMBOP-CP,该载体在体内能高效靶向肿瘤细胞、阻断PS外翻1。基于此项研究,本文进一步阐述了通过靶向Xkr8联合化疗药物来达到治疗目的的机制,即通过敲低Xkr8以阻碍免疫系统针对凋亡细胞的正常清除、诱导细胞的免疫原性死亡(ICD),从而增强抗肿瘤免疫反应并改善化疗免疫耐药的问题。研究发现,在原位胰腺肿瘤模型中,联合递送siXkr8和FuOXP表现出了显著的治疗效果,并在肿瘤微环境 (TME) 中出现了更多的增殖性自然杀伤细胞和活化的巨噬细胞。通过对治疗后肿瘤样本的单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析,研究团队进一步揭示了联合治疗后肿瘤浸润的CD8型T细胞更倾向于分化为细胞毒性表型而非耗竭性表型。该研究为Xkr8对肿瘤微环境的影响提供了一种新的见解,并进一步确认了将抑制Xkr8与化疗联合治疗多种癌症的合理性与可行性。






图文摘要

磷脂酰丝氨酸(PS)是一类普遍存在于哺乳动物细胞中的磷脂,作为膜结构的重要组成部分,通常分布于细胞膜内侧2。在癌症治疗过程中,常规放化疗会使PS在肿瘤细胞凋亡时被促翻转酶(scramblase)Xkr8不可逆地外翻。外翻的PS会与免疫细胞上的受体结合,引起严重的免疫抑制,致使肿瘤治疗效果不甚理想3。因此,抑制Xkr8可成为一种改善肿瘤微环境以达到更好治疗效果的新途径。

研究团队发现,靶向敲低肿瘤细胞的Xkr8会在很大程度上造成其免疫原性死亡(ICD),促使胞内钙网蛋白(CRT)转移到胞外并作为免疫刺激性吞噬信号被吞噬细胞摄取,从而增强肿瘤微环境中的免疫应答。实验证明,在FuOXP作用下,Panc02mXkr8-/-肿瘤中细胞的凋亡(Caspase 3)和免疫原性死亡(CRT)水平显著高于Panc02CT肿瘤(图1)。由此,团队总结出了通过抑制肿瘤细胞Xkr8来增强治疗效果的一种重要机制,即阻碍对凋亡细胞的清除进而诱发免疫原性死亡。



图1


为了在更具临床相关性的环境中评估PMBOP-CP纳米载体共载siXkr8/FuOXP的治疗效果,研究团队在小鼠中建立了原位Panc02-Luc胰腺癌模型(图2)。在经过了三次分别间隔五天的治疗后,对照组和接受了只载有siXkr8纳米载体的小鼠肿瘤都显示出了快速且不可抑制的增长。团队发现单独使用FuOXP能适度抑制肿瘤生长,而当FuOXP与siXkr8联合使用时,其肿瘤抑制效果得到了显著增强(图2)。


图 2

研究团队通过收集治疗后的肿瘤样本并富集浸润免疫细胞(CD45+细胞)开展了单细胞RNA测序分析,以进一步探究联合用药对肿瘤浸润T细胞的作用。分析表明,联合治疗影响了CD8型T细胞的分化路径,并导致其亚群组成发生了显著变化。与对照组相比,siXkr8治疗未导致各CD8型T细胞亚群的比例发生明显变化;单独使用FuOXP治疗导致耗竭簇中的细胞比例大幅度增加,而联合治疗则使细胞群体大量朝着细胞毒性表型分化,并驱动了CD8型T细胞在肿瘤微环境中的累积、扩展和功能多样性分化(图3)。



图3


综上所述,本研究首先阐述并证明了在Xkr8敲低的肿瘤微环境中,受损的细胞清除功能导致凋亡细胞的积累,从而进展为次级坏死并引发增强的免疫应答。其次,研究团队将对siXkr8/FuOXP联合策略的应用扩展到了两种与临床胰腺癌更为接近的原位肿瘤模型上,并展示了其显著的抗肿瘤免疫效果。

研究亮点


  1. 提出并验证了靶向抑制肿瘤细胞Xkr8的表达能够阻碍免疫系统针对凋亡细胞的正常清除,进而诱导肿瘤细胞的免疫原性死亡的机制;
     
  2. 建立了多种复杂小鼠原位胰腺癌模型,展示了联合铂类药物和靶向Xkr8技术的治疗策略在临床抗肿瘤免疫治疗领域的应用前景;
     
  3. 解释了联合治疗策略的成功来源于其对肿瘤微环境中T细胞群体毒性而非耗竭性表型分化的诱导和刺激。


文章信息


Volume 370, June 2024, Pages 479-489

https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2024.04.041

作者信息



 通讯作者 





黎松,美国匹兹堡大学药学院药物科学系教授、药物基因组学中心主任。长期致力于针对癌症的靶向输送药物系统研究,癌症、炎症与肝纤维化的分子机制研究。发表研究论文175余篇,参编书籍34部,并担任多部期刊编委。现任美国国立卫生研究院(NIH)、国防部(DOD)、退伍军人事务部(VA)等多项基金组织的评审专家。实验室研究得到包括NIH、DOD 和美国心脏协会 (AHA) 在内各种机构的持续资助。



 第一作者 





陈与昂,美国麻省理工学院Daniel G. Anderson和Robert S. Langer教授课题组博士后研究员。主要研究方向为应用于癌症免疫疗法的纳米材料和传染病防治的mRNA疫苗。以第一作者在Nature Nanotechnology,JCR,Molecular Therapy-Nucleic Acid;以共同作者在Nature Communications, Science Advance, Biomaterials等期刊发表文章15余篇,申请国际、中国发明专利5项。2023年获得匹兹堡大学药学院优秀博士生称号,博士答辩论文入围国际控释协会(CRS)2024年度最佳博士论文前五名。



参考资料



  1. Chen, Y., et al., Targeting Xkr8 via nanoparticle-mediated in situ co-delivery of siRNA and chemotherapy drugs for cancer immunochemotherapy. Nature Nanotechnology, 2023. 18(2): p. 193-204.
  2. Nagata, S., et al., Exposure of phosphatidylserine on the cell surface. Cell Death & Differentiation, 2016. 23(6): p. 952-61.
  3. Wang, W., et al., Mobilizing phospholipids on tumor plasma membrane implicates phosphatidylserine externalization blockade for cancer immunotherapy. Cell Rep, 2022. 41(5): p: 551-58.
     

编辑 | 谢明心  


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