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天工大高輝教授團(tuán)隊(duì) AHM:提升結(jié)直腸癌的抗血管生成基因療法重塑炎癥和免疫抑制性腫瘤微環(huán)境
2024-12-26  來源:高分子科技

  結(jié)直腸癌(CRC)部位存在高豐度的具核梭桿菌(Fn),促使腫瘤部位炎性因子升高,促進(jìn)腫瘤新血管生成;同時(shí),巨噬細(xì)胞向M2型極化,下調(diào)體內(nèi)的CD4+ T細(xì)胞和CD8+ T細(xì)胞,形成免疫抑制微環(huán)境。


  基因治療是將正;蛑委熜曰蜻f送到靶細(xì)胞中,復(fù)制表達(dá),達(dá)到治療疾病的目的,在疾病治療領(lǐng)域已展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。鑒于Fn感染對(duì)CRC治療效果的不利影響,迫切需要開發(fā)具有高抗菌活性和安全性的多功能基因遞送體系來消除Fn的不良影響,提高對(duì)Fn感染的CRC的治療效果。


  針對(duì)上述挑戰(zhàn),天津工業(yè)大學(xué)高輝教授課題組研發(fā)了一種治療Fn感染CRC的新策略,制備了一種具有腫瘤細(xì)胞主動(dòng)靶向性的基因遞送體系(AFGTs-PEG),遞送抗菌劑月桂酸(LA)和抗血管生成基因(sFlt-1),通過抗Fn實(shí)現(xiàn)了對(duì)Fn感染CRC的增強(qiáng)基因治療。這為高效安全的抗腫瘤基因遞送載體的構(gòu)建及致病菌相關(guān)腫瘤的治療問題提供了具有臨床應(yīng)用前景的研究思路。

  20241220日,該研究成果以Remodeling the Inflammatory and Immunosuppressive Tumor Microenvironment for Enhancing Antiangiogenic Gene Therapy of Colorectal Cancer為題發(fā)表在Advanced Healthcare Materials上(DOI: 10.1002/adhm.202402887)。


  高輝教授課題組前期研究發(fā)現(xiàn)月桂酸(LA)具有優(yōu)異的抗Fn活性。作者將LA和靶向分子4-羧基苯硼酸(PBA)修飾到低分子量的聚乙烯亞胺(OEI)中并與LA自組裝得到LA@OLPAFs)。AFs復(fù)合sFlt-1并與DSPE-mPEG共組裝得到LA@OLP/sFlt-1/DSPE-mPEGAFGTs-PEG)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明AFGTs-PEG可以有效清除Fn,降低體內(nèi)炎性因子,抑制M1巨噬細(xì)胞向M2巨噬細(xì)胞的極化,上調(diào)CRC部位CD4+ T細(xì)胞和CD8+ T細(xì)胞,改善腫瘤炎癥和免疫抑制微環(huán)境,解除Fn對(duì)抗血管生成基因治療的不良影響,在活體水平協(xié)同發(fā)揮顯著的抗血管生成作用,實(shí)現(xiàn)對(duì)Fn感染CRC的增強(qiáng)的基因治療效果(圖1ab)。細(xì)胞毒性、溶血和H&E染色實(shí)驗(yàn)表明AFGTs-PEG具有良好的生物相容性和安全性。


1. AFGTs-PEG的制備及治療Fn感染CRC示意圖。


  通過平板涂布法和菌落計(jì)數(shù)(圖2ab)表明AFGTs-PEG具有與LA相似的抗Fn性能。掃描電鏡(圖2c)表明AFGTs-PEG處理后,Fn的細(xì)胞膜被破壞,形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。AO/EB染色(圖2d)再次表明AFGTs-PEG造成了Fn的大量死亡。結(jié)晶紫染色和3D成像(圖2ef)顯示AFGTs-PEG對(duì)Fn形成的生物被膜具有高效的分散清除能力。


2. 體外抗菌和抗生物膜性能。


  基于AFGTs-PEG優(yōu)異的體外抗菌性能,作者進(jìn)一步評(píng)價(jià)其體外抑制血管生成效果。凝膠電泳實(shí)驗(yàn)(圖3a)表明AFGTs-PEG在氮磷比為10時(shí)可以有效復(fù)合sFlt-1,從而避免sFlt-1在運(yùn)輸過程中的泄露和過早釋放問題。質(zhì)子緩沖能力實(shí)驗(yàn)(圖3b)表明AFs具有與基因遞送“黃金標(biāo)準(zhǔn)”PEI25K相似的內(nèi)含體逃逸能力。細(xì)胞轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)(圖3c-e)表明LAOLP(質(zhì)量比)為31時(shí)且氮磷比為10時(shí),轉(zhuǎn)染效率最高,因此選用此比例進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。體外抑制血管形成實(shí)驗(yàn)(圖3fg)表明即使在Fn感染條件下,AFGTs-PEG也能顯著地降低血管的形成。


3. 體外轉(zhuǎn)染性能。


  藥物體內(nèi)分布實(shí)驗(yàn)(圖4a)表明,AFGTs-PEG可以顯著和長(zhǎng)時(shí)間地富集在腫瘤部位。通過統(tǒng)計(jì)小鼠的體重和腫瘤體積(圖4c-e),表明AFGTs-PEG治療后,小鼠體重沒有發(fā)生明顯的降低,并且腫瘤的體積最小,表明其優(yōu)異的抗腫瘤性能。通過腫瘤組織的H&E染色和小鼠生存周期(圖4fg)表明AFGTs-PEG生物相容性和安全性高,并不會(huì)對(duì)身體造成明顯的損傷。


4. 體內(nèi)生物分布和抗腫瘤性能。


  基于AFGTs-PEG優(yōu)異的抗腫瘤性能,作者進(jìn)一步探究AFGTs-PEG的抗腫瘤機(jī)理。首先,通過原位熒光雜交技術(shù)標(biāo)記腫瘤部位的Fn,結(jié)果顯示(圖5ab)經(jīng)AFGTs-PEG治療后,腫瘤部位的Fn豐度顯著降低。酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)(圖5c-e)也表明體內(nèi)的細(xì)胞因子(IL-1β、TNF-αIL-6)水平降低至正常水平。腫瘤部位的血管密度(圖5fg)和sFlt-1表達(dá)(圖5hi)表明,經(jīng)AFGTs-PEG治療后,sFlt-1大量表達(dá),腫瘤部位的血管密度顯著降低。


5. 重塑體內(nèi)腫瘤炎癥微環(huán)境。


  接下來,研究了AFGTs-PEG對(duì)免疫抑制微環(huán)境(圖6a-d)的改善。結(jié)果表明AFGTs-PEG治療后,M1巨噬細(xì)胞向M2巨噬細(xì)胞的極化被抑制。同時(shí),CD4+ T細(xì)胞和CD8+ T細(xì)胞的水平顯著升高。


6. 重塑體內(nèi)免疫抑制微環(huán)境。


  總之,AFGTs-PEG通過遞送抗菌劑LA和抗血管生成基因sFlt-1,協(xié)同免疫相關(guān)細(xì)胞和基因治療實(shí)現(xiàn)了對(duì)Fn感染CRC的安全高效治療。值得注意的是,與常見的治療策略不同,抗血管生成基因治療是一種新穎的、安全高效的癌癥治療策略。與化療藥物不同,通過合理的遞送體系設(shè)計(jì)可以對(duì)不同腫瘤實(shí)現(xiàn)有效的抗血管生成基因治療,進(jìn)一步體現(xiàn)了本研究成果在致病菌感染腫瘤治療中的巨大應(yīng)用前景。


  天津工業(yè)大學(xué)碩士畢業(yè)生牛家振和教師蘇美慧為該論文的第一作者,高輝教授為通訊作者。


  論文鏈接https://doi.org/10.1002/adhm.202402887

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