由于結(jié)直腸癌（CRC）低免疫原性及免疫抑制腫瘤微環(huán)境的存在，免疫治療在CRC患者中的臨床效果有限。光熱療法（PTT）作為一種通過熱能誘導(dǎo)細胞消融的非侵入性治療策略，因其在抑制原發(fā)腫瘤和提高腫瘤免疫原性方面的潛力，受到廣泛關(guān)注。然而，由于腫瘤的異質(zhì)性，依賴于受體-配體相互作用的單一靶向光熱系統(tǒng)的實際效果難以令人滿意。研究發(fā)現(xiàn)，CRC部位的具核梭桿菌（Fn）通過細菌凝集素-宿主聚糖（Fap2-Gal-GalNAc）的相互作用，特異性地黏附于腫瘤細胞上，導(dǎo)致腫瘤和正常組織中細菌群體的顯著差異。這一發(fā)現(xiàn)提示，CRC中異常富集的Fn可作為CRC腫瘤的額外靶點。此外，Fn的代謝物琥珀酸通過限制腫瘤部位CD8+T細胞的浸潤，進而影響免疫治療的效果。
基于此，天津工業(yè)大學(xué)的高輝教授和余云健博士團隊開發(fā)了一種可控的“屏蔽-去屏蔽”N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）衍生光熱納米材料（CMGH），用于介導(dǎo)腫瘤及腫瘤內(nèi)Fn的級聯(lián)靶向，從而增強光熱免疫治療（圖1）。CMGH可與CRC中的內(nèi)源性硫化氫反應(yīng)，原位生成在NIR-II區(qū)激發(fā)的光熱劑。席夫堿鍵連接的透明質(zhì)酸涂層不僅有助于靶向腫瘤，還能有效屏蔽GalNAc介導(dǎo)的肝靶向作用。該涂層在腫瘤部位弱酸性環(huán)境下脫落，暴露GalNAc并結(jié)合Fap2以錨定Fn，實現(xiàn)腫瘤區(qū)域的特異性靶向。通過這一級聯(lián)靶向策略，納米藥物能夠有效積聚于腫瘤部位，從而增強光熱治療（PTT）的效果。同時，PTT可有效誘導(dǎo)CRC細胞的免疫原性細胞死亡（ICD）促進免疫原性增強并激活CD8+ T細胞。更重要的是，Fn的同步根除促進了M1型巨噬細胞極化，且通過降低琥珀酸水平進一步促進CD8+ T細胞的瘤內(nèi)浸潤，從而進一步增強抗腫瘤免疫治療效果。
圖1. CMGH通過級聯(lián)靶向腫瘤和腫瘤內(nèi)Fn增強光熱免疫治療的示意圖。
團隊研究了CMGH的響應(yīng)性靶向光熱抗菌性能（圖2）。熒光光譜、熒光共定位實驗以及流式細胞術(shù)的結(jié)果驗證了CMGH對Fn的可切換靶向效應(yīng)。進一步通過平板涂布法評估了Fn靶向對光熱抗菌效果的增強作用。掃描電子顯微鏡觀察顯示，在CMGH及光照處理條件下， Fn的形貌發(fā)生了顯著變化，進一步證實了CMGH在腫瘤微酸環(huán)境響應(yīng)后，能夠有效附著于細菌表面并引起細菌的嚴(yán)重損傷。
圖2. CMGH的靶向光熱抗菌活性。
團隊進一步研究了CMGH在體外的光熱抗腫瘤效果及ICD效應(yīng)（圖3）。細胞實驗結(jié)果表明，該材料具有良好的生物相容性和對腫瘤細胞的顯著光毒性。當(dāng)CT26與Fn共孵育時，GalNAc介導(dǎo)的Fn靶向增強了PTT對癌細胞的殺傷作用，流式細胞術(shù)數(shù)據(jù)也證實了這一結(jié)論。此外，級聯(lián)靶向增強的PTT進一步放大了ICD效應(yīng)。這一效應(yīng)有望招募樹突狀細胞并促進其成熟，從而激活細胞毒性T細胞，增強抗腫瘤免疫反應(yīng)。
圖3. 體外抗腫瘤性能和ICD效用
為了探討CMGH介導(dǎo)的體內(nèi)抗腫瘤效果及其在預(yù)防腫瘤轉(zhuǎn)移方面的作用，團隊建立了雙側(cè)小鼠腫瘤模型（圖4）。左側(cè)腋下的原發(fā)腫瘤用于評估PTT療效，而右側(cè)腋下的遠端腫瘤用于模擬轉(zhuǎn)移性腫瘤。小鼠體重及腫瘤體積變化表明，CMGH具有優(yōu)異的生物相容性和抗腫瘤效果。在級聯(lián)靶向效應(yīng)的作用下， CMGH顯著抑制了近端和遠端腫瘤的生長，并促進了T細胞的腫瘤內(nèi)浸潤。
圖4. 雙側(cè)荷瘤小鼠的抗腫瘤療效和免疫反應(yīng)。
總體而言，原位活化的光熱納米藥物通過誘導(dǎo)癌細胞的ICD并釋放腫瘤相關(guān)抗原（TAAs），有效引發(fā)了T淋巴細胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。更重要的是，PTT靶向消除腫瘤內(nèi)Fn顯著降低了琥珀酸水平，并促進細胞毒性T淋巴細胞的腫瘤內(nèi)浸潤。級聯(lián)靶向增強了PTT和腫瘤內(nèi)Fn的清除，并通過同步改善免疫原性和逆轉(zhuǎn)免疫抑制腫瘤微環(huán)境，激活了強大的全身抗腫瘤免疫反應(yīng)。此項研究采用級聯(lián)靶向策略增強PTT及調(diào)節(jié)腫瘤內(nèi)微生物群，為增強CRC免疫治療提供了可行的治療范例。
以上研究成果以“Tumor and intratumoral pathogen cascade-targeting photothermal nanotherapeutics for boosted immunotherapy of colorectal cancer”為題發(fā)表在Journal of Controlled Release上（DOI: 10.1016/j.jconrel.2025.01.048）。天津工業(yè)大學(xué)博士研究生辛友濤為第一作者，通訊作者為余云健博士和高輝教授。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2025.01.048
