肿瘤缺氧在人类和动物实体瘤中普遍存在，是肿瘤微环境中最突出的临床生物标志之一，导致许多治疗方法失效。肿瘤缺氧对癌细胞的生物学行为和恶性表型有深远影响，是癌症治疗的最佳靶点之一。缺氧激活的前药，如替拉帕嗪（TPZ），对缺氧细胞表现出高毒性，而在常氧区域表现出低毒性。然而，临床试验表明，单独使用缺氧激活的前药疗效有限。为了提高抗肿瘤效果，将缺氧激活的前药与基因编辑相结合以重塑免疫抑制性肿瘤微环境（TME），可能会产生意想不到的结果。值得注意的是，与常氧区相比，缺氧区表现出缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）的高表达，与CD8+ T细胞群和CD4+ T细胞群呈负相关，并通过上调程序性细胞死亡配体1（PD-L1）等免疫检查点分子的表达来加强免疫抑制。上述发现表明，HIF-1α与肿瘤中的免疫浸润程度和免疫抑制状态有关，可能是低氧肿瘤免疫治疗的靶点。因此，开发一种靶向HIF-1α的TPZ药物递送纳米平台对于通过重塑肿瘤免疫抑制微环境进行缺氧肿瘤治疗至关重要。
有多种方法来沉默HIF-1α基因，其中，成簇的规则间隔短回文重复序列/Cas（CRISPR/Cas9）是一种有效方法，可永久调控靶基因的表达。高效递送由单个向导RNA（sgRNA）与Cas9蛋白结合形成的Cas9核糖核蛋白（RNP）复合物已经取得了重大进展。如负载刺激响应成分-S-S–用于谷胱甘肽反应，–HC═NNH用于pH响应，–N═N–用于缺氧反应，时空控制Cas9 RNP的释放，实现了高效递送。然而，复杂的肿瘤微环境中过表达的物质也存在于正常细胞和血浆中。因此，在识别复杂和动态的病理状况时，肿瘤微环境中的单一反应因素可能会导致不确定性，发生Cas9RNP的非特异性释放，存在安全问题。利用肿瘤微环境的多种病理状态来区分肿瘤和正常组织，实现药物的精确释放意义重大。因此，开发包含CRISPR/Cas9受控递送和精确药物释放的新方法至关重要，这些方法可能依赖于在肿瘤微环境中相同时空坐标中多个触发因子的顺序激活，以增强癌症治疗的安全性。
图1 AA@Cas-H@HTS激活T细胞介导的抗肿瘤免疫并重塑免疫抑制性肿瘤微环境（摘自ACS Nano）
该研究介绍了一种“三重锁定”多功能纳米颗粒（AA@Cas-H@HTS），顺序响应肿瘤微环境中的GSH、透明质酸酶（hyal）和缺氧，从而实现CRISPR/Cas9系统的精确递送。由于Ag2S量子点在NIR-II区域的光致发光效果和可忽略不计的毒性，提供了更强的穿透深度和生物相容性。随后，在Ag2S量子点上涂敷一层介孔二氧化硅，使其具有亲水性，并为Cas9蛋白的负载提供较大的表面积。Cas9 RNP通过缺氧激活的偶氮键与二氧化硅涂层的硫化银量子点（Ag2S@SiO2）结合，形成第一层防御。同时，疏水性前药TPZ和亲水性透明质酸（HA）偶联得到两亲性TPZ改性透明质酸聚合物（HT）。Cas9 RNP核心通过自组装效应封装在HT中，形成第二层防御。随后，使用二硫键进一步交联HT以形成第三层防御（HTS）。HTS聚合物层可以增强纳米颗粒的血液循环，并赋予其特定的肿瘤靶向能力，该过程可以通过基于Ag2S的NIR-II成像来证明。靶向HIF-1α基因有助于CD8+ T细胞和CD4+ T细胞的募集，同时影响PD-L1的表达，调控PD-1/PD-L1检查点通路，重塑免疫抑制TME。此外，TPZ还可以通过降低HIF-1α表达协同促进免疫重塑。综上所述，该研究构建的精确可控级联激活多功能纳米平台可以通过TPZ和基因编辑的协同干预，缓解免疫抑制性TME，从而有效激活T细胞介导的抗肿瘤免疫。
参考消息：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c11334
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