苏州大学&苏州大学附属儿童医院 ACS Nano：基于纳米配位聚合物的纳米疫苗用于癌症免疫治疗

【背景介绍】

众所周知，在2018年的诺贝尔化学奖颁发给詹姆斯·艾利森和本庶佑两位科学家，以奖励他们在“发现负性免疫调节治疗癌症的疗法方面的贡献”。而癌症免疫疗法通常包括细胞因子疗法、免疫检查点阻断和癌症疫苗。尤其是癌症疫苗能够触发持久的肿瘤特异性免疫反应。其中，肿瘤疫苗通常由特异性抗原、增强免疫反应的佐剂和疫苗载体组成。研究发现，具有可控物理化学性质的纳米材料可用于构建肿瘤纳米疫苗。虽然目前在纳米疫苗的研发方面取得了不错成绩，但是仍亟需开发可以通过简便方法合成有效的纳米疫苗用于癌症免疫疗法。

在疫苗接种过程中，抗原呈递细胞在启动和调节适应性免疫应答中起着重要作用。对于肿瘤疫苗，需要通过树突状细胞（DCs）中的抗原交叉呈递过程来增强免疫系统对外源性肿瘤抗原的识别。目前已发现由核苷酸寡聚结合结构域1（Nod1）受体介导的信号可以增强DCs成熟及抗原交叉呈递。然而，尚未报道使用纳米疫苗激活Nod1信号途径以进行癌症免疫治疗。

【成果简介】

近日，苏州大学刘庄教授和苏州大学附属儿童医院汪健教授合作报道了一种由Mn²⁺离子，内消旋-2, 6-二氨基庚二酸（DAP，Nod1信号通路激动剂）和模式抗原鸡卵清白蛋白（OVA）共同制备得到的纳米肿瘤疫苗（OVA@Mn-DAP）。所制备的OVA@Mn-DAP纳米颗粒可以通过增加细胞对抗原OVA的摄取并通过激活Nod1途径来促进DCs成熟以及增强抗原交叉呈递。通过磁共振和荧光成像发现，这种OVA@Mn-DAP疫苗可以在局部注射后迁移到淋巴结中。OVA@Mn-DAP疫苗不仅可以提供预防性保护，以保护小鼠免受B16-OVA攻击，当与免疫检查点阻断型抗体α-PD-1联合使用时，还可以产生显着的治疗效果，从而抑制肿瘤的生长。因此，该工作为构建有效的用于肿瘤免疫疗法的纳米疫苗提供了新平台。该研究成果以题为“Nanoscale Coordination Polymer Based Nanovaccine for Tumor Immunotherapy”发布在国际期刊ACS Nano上。

【图文解读】

图一、OVA@Mn-DAP纳米颗粒的合成与表征
（A）OVA@Mn-DAP纳米颗粒的合成和作用示意图；

（B）OVA@Mn-DAP纳米颗粒的TEM图像；

（C）通过DLS测量的OVA@Mn-DAP纳米颗粒的尺寸分布；

（D）当pH=7.4时，在不同浓度下的OVA@Mn-DAP纳米颗粒的T1加权MR图像和相应的T1弛豫速率。

图二、OVA@Mn-DAP纳米颗粒增强体外DCs摄取、成熟和抗原交叉呈递
(A) OVA@Mn-DAP增强抗原在细胞内作用的示意图；

(B) 不同浓度的OVA@Mn-DAP纳米颗粒孵育后DCs的相对存活率；

(C-D) DCs与不同材料组孵育20 h后，OVA-cy5.5内吞的流式图和统计数据；

（E）DCs与游离OVA-cy5.5或OVA-cy5.5@Mn-DAP孵育20 h后，DCs的共聚焦荧光图像；

（F）用PBS、OVA、DAP、OVA+DAP或OVA@Mn-DAP处理DCs 20h后，DC成熟的统计数据；

（G）用PBS、OVA、OVA+DAP或OVA@Mn-DAP处理DCs 20 h后，抗原OVA交叉呈递的统计数据；

（H-I）用不同材料组处理DCs后, DCs分泌的TNF-α和IL-12 p40。

图三、纳米疫苗的体内成像
（A-B）注射游离的OVA-cy5.5或OVA-cy5.5@Mn-DAP纳米疫苗后，不同时间点的淋巴结（pLNs）的体内荧光图像和定量的荧光信号；

（C-D）在不同时间点的pLNs上的体内T1加权MR图像和定量的磁共振信号强度。

图四、OVA@Mn-DAP作为预防性疫苗的抗肿瘤效果
（A）免疫过程和肿瘤激发实验设计的示意图；

（B-C）第一次免疫5天后，不同疫苗制剂对体内DC成熟和抗原交叉呈递的影响；

（D）通过ELISPOT法，测定脾细胞中分泌IFN-γ的相对细胞数；

（E）免疫21天后，在免疫小鼠的血清中产生IFN-γ水平；

（F-G）免疫21天后，各种疫苗制剂对B16-OVA黑色素瘤的预防作用；

（H）不同组小鼠在B16-OVA肿瘤攻击下的存活率。

图五、OVA@Mn-DAP疫苗联合α-PD-1的抗肿瘤治疗效果
（A）OVA@Mn-DAP疫苗和α-PD-1联合治疗肿瘤的示意图；

（B-C）PBS、OVA@Mn-DAP、α-PD-1和OVA@Mn-DAP疫苗与α-PD-1联合治疗后，不同组B16-OVA荷瘤小鼠的个体肿瘤生长曲线和平均肿瘤生长曲线；

（D）不同组小鼠的存活率；

（E-F）存活的小鼠，在第一次接种B16-OVA肿瘤60天后，再次用B16-OVA进行挑战，小鼠的个体肿瘤生长曲线和平均肿瘤生长曲线；

（G）二次肿瘤挑战的小鼠的存活数据。

【总结】

综上所述，作者利用Mn²⁺离子、DAP配体（Nod1激动剂）和抗原蛋白OVA制备得到OVA@Mn-DAP纳米疫苗并用于肿瘤免疫治疗。该纳米疫苗可以促进抗原的细胞摄取、促进DCs成熟，增强pLNs的滞留时间，并通过激活Nod1信号途径促进抗原交叉呈递。OVA@Mn-DAP不仅可以用作预防性纳米疫苗以保护小鼠免受黑素瘤的攻击，而且还可以作为治疗性纳米疫苗与α-PD-1联合治疗以抑制肿瘤的生长而延长动物的存活时间。总之，该工作提出了一种创新的策略来构建基于纳米配位聚合物的纳米疫苗以进行有效的肿瘤免疫治疗。

该研究发表在ACS Nano上，文章链接：Nanoscale Coordination Polymer Based Nanovaccine for Tumor Immunotherapy（ACS Nano,2019, DOI:10.1021/acsnano.9b05974）。

苏州大学附属儿童医院研究生赵赫和苏州大学研究生徐骏为论文共同第一作者，苏州大学附属儿童医院汪健教授与苏州大学刘庄教授为共同通讯教授。该研究获得国家自然科学基金等项目的资助。