外科手術是實體腫瘤的一線治療手段。然而，據(jù)不完全統(tǒng)計，高達30%-40%的癌癥患者在術后5年內發(fā)生復發(fā)或轉移，并且術后復發(fā)轉移是導致癌癥患者死亡的重要原因。目前，侵入性手術對腫瘤和腫瘤微環(huán)境的生物學效應及具體機制尚不清楚。闡明術后腫瘤復發(fā)的誘發(fā)機制對于開發(fā)潛在的輔助治療策略，規(guī)避術后不良反應，延長患者的生存期尤為必要。
 

復旦大學附屬中山醫(yī)院徐輝雄教授團隊繼去年報道了一種以生物凝膠原位支架為基礎的化學免疫療法-OX&IPI549@Gel治療不完全微波消融腫瘤的新策略后，近期該團隊在Nature Communication（IF 17.694）發(fā)表題為“Nanoparticle-enhanced radiotherapy synergizes with PD-L1 blockade to limit post-surgical cancer recurrence and metastasis”的文章。該研究運用轉錄組測序（中科新生命提供服務）和免疫相關實驗數(shù)據(jù)研究了外科手術（SR）對腫瘤微環(huán)境（TME）的生物學效應和分子機制，并針對性開發(fā)了一種放射免疫療法——使用放射免疫刺激納米藥物（IPI549@HMP）結合放療（RT）并與aPD-L1聯(lián)用，為術后癌癥復發(fā)和轉移的治療干預提供了新策略。
 

 
研究材料

CT26和B16F10細胞系，BALB/c和C57BL/6雌性小鼠

技術路線

步驟1：機制研究

a) 小鼠模型研究SR后殘余腫瘤生長情況、小鼠生存情況；

b) RNA-Seq、多色免疫熒光染色（PIF）和流式細胞（FCM）檢測研究SR后免疫抑制TME的形成機制；

步驟2：納米藥物IPI549@HMP的制備及表征

a) IPI549@HMP的制備及理化性質分析；

b) 體內、體外實驗評價IPI549@HMP的放療增敏效應及藥代動力學和安全性；

步驟3：療效評估

a) 荷瘤小鼠靜脈注射IPI549@HMP治療，分析納米藥物對SR后殘余腫瘤生長的抑制效果；

b) 荷瘤小鼠接受不同療法后，與免疫反應相關細胞類群和分子標記物的檢測；

c) 模擬腫瘤細胞遠端轉移實驗，研究不同療法對腫瘤轉移灶的抑制作用；

d) 模擬繼發(fā)性腫瘤接種實驗，研究不同療法對腫瘤復發(fā)的抑制作用。

研究結果

1. 機制研究：SR驅動的免疫抑制加速了局部腫瘤進展

小鼠接種腫瘤細胞10天后進行SR處理，同時設置未處理組和假手術組對照。相比未處理組，SR處理后小鼠腫瘤起初減少，但后期腫瘤生長加速，最終比對照組小鼠腫瘤更大（圖1 a-c），這些結果表明SR后殘留腫瘤的存在加速了癌癥進展。RNA-Seq數(shù)據(jù)表明，SR后殘留腫瘤中引發(fā)復雜的炎癥反應和缺氧，最終誘導了術后局部免疫抑制TME（圖1 d-h）。PIF和FCM檢測結果進一步證實SR誘導了以缺氧和骨髓細胞的大量浸潤為特征的免疫抑制TME，從而促進了癌癥進展（圖 1i-q）。

圖1 SR驅動的免疫抑制加速了局部腫瘤進展

2. 材料制備：基于HMP的納米系統(tǒng)的合成與表征

如圖 2a所示，設計合成納米藥物IPI549@HMP用于進一步實驗。理化實驗檢測結果表明IPI549@HMP可作為有效載藥的理想納米載體，并具有超靈敏TME響應藥物釋放效率。體內和體外實驗結果進一步證明IPI549@HMP為低毒性納米顆粒，可以安全地靜脈內給藥；此外IPI549@HMP還具備高生物相容性及出色的腫瘤特異性磁共振成像能力（圖 2b-i）。

圖2 基于HMP的納米平臺的原理圖和特性

3. IPI549@HMP療效評估

3.1 IPI549@HMP + RT抑制術后腫瘤進展

對CT26荷瘤小鼠（結直腸癌模型）靜脈注射IPI549@HMP治療后，體內光聲成像、血氧飽和O₂檢測和HIF-1α染色結果證實IPI549@HMP具備出色的靶向腫瘤富集和緩解腫瘤缺氧狀態(tài)的能力。此外，腫瘤術后復發(fā)小鼠模型經IPI549@HMP聯(lián)合RT治療后，殘留腫瘤的生長速度最慢，所有小鼠均存活60天，完全緩解率為50%（圖 3a-f）。這一療效在黑色素瘤小鼠模型中得到了驗證。
 

圖3 IPI549@HMP + RT抑制術后腫瘤進展

3.2 IPI549@HMP + RT改善術后免疫微環(huán)境

WB和免疫熒光染色實驗結果顯示IPI549@HMP聯(lián)合RT治療能夠抑制PI3Kγ、促進CRT和HMGB1的表達，這些結果表明聯(lián)合治療的良好療效是由于增強免疫原性細胞死亡效應和逆轉免疫抑制的協(xié)同作用（圖 3g、h）。FCM分析顯示，IPI549@HMP聯(lián)合RT療法有效提高了腫瘤浸潤性CD8⁺ T細胞的浸潤并減少了骨髓來源的抑制細胞（MDSC）的募集（圖 4a-f）�？鼓[瘤免疫穩(wěn)態(tài)指標CD8/Treg、CD8/MDSC及M1/M2比率顯著改善，PIF分析進一步證實了這些結果（圖 4g-i）。此外，IPI549@HMP 聯(lián)合RT治療后小鼠血清TNF-α和IFN-γ分泌水平上升，表明這種放射免疫治療策略能夠引發(fā)強烈的免疫反應（圖4j、k )。
 

圖4 由IPI549@HMP增強RT觸發(fā)的強大抗腫瘤免疫反應

3.3 IPI549@HMP + RT + PD-L1引發(fā)遠隔效應

考慮到轉移是大多數(shù)腫瘤術后復發(fā)患者的死亡原因，理想的術后治療不僅需要抑制原發(fā)殘余腫瘤，還應該能夠控制或清除轉移灶。雙側CT26荷瘤小鼠模型實驗表明，單獨注射的抗PD-L1（aPD-L1）對原發(fā)性和遠處腫瘤的抑制幾乎沒有效果，IPI549@HMP + RT療法可以在一定程度上抑制原發(fā)性腫瘤的生長，但不能對遠處腫瘤產生影響。而IPI549@HMP + RT + aPD-L1療法不僅能根除原發(fā)性殘留腫瘤，并且還顯著抑制了遠處腫瘤的生長（圖 5a-e）。此外，F(xiàn)CM和FIP實驗結果表明IPI549@HMP + RT + aPD-L1治療后，小鼠模型腫瘤相關的細胞和分子特征顯著改善（圖 5f-p）。這些結果表明IPI549@HMP + RT + aPD-L1療法可以進一步產生強大的全身抗腫瘤免疫反應，這對于引發(fā)遠隔效應至關重要。
 

圖5 IPI549@HMP增強RT + PD-L1阻斷的遠隔效應

3.4 長期免疫記憶效應

作為適應性免疫的標志，免疫記憶效應可以長期保護機體抵御二次病原體攻擊，這對腫瘤的預防至關重要。在聯(lián)合治療后第46天接種了繼發(fā)性CT26腫瘤來評估IPI549@HMP + RT + aPD-L1治療產生的免疫記憶效應（圖 6a )。與對照小鼠中觀察到快速的腫瘤進展相比，聯(lián)合免疫療法處理后的小鼠中沒有觀測到繼發(fā)性腫瘤生長并且都存活了100天。此外，聯(lián)合免疫療法處理后小鼠效應記憶T細胞（Tem）比例和血清細胞因子分泌水平顯著提升。這些結果表明聯(lián)合免疫療法處理小鼠具有顯著的免疫記憶效應，并建立了強大的抗腫瘤免疫反應，持久保護小鼠以防止腫瘤復發(fā)（圖 6b-j）。

圖6 長期免疫記憶效應

 小編小結

本文通過對SR后腫瘤復發(fā)機制的研究，確定免疫抑制TME的形成為腫瘤復發(fā)的關鍵因素�；�于此，研究者設計了一種放射免疫刺激納米藥物（IPI549@HMP），聯(lián)合RT對TME重編程，輔以aPD-L1治療可抑制/根除局部殘留和遠端腫瘤，并引發(fā)強大的免疫記憶效應以抵抗腫瘤的復發(fā)。本研究為術后癌癥復發(fā)和轉移提供了一種簡單有效的治療干預策略。