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免疫治療無疑是當下最熱門最前沿的癌癥治療方法，而納米顆粒介導(dǎo)的納米疫苗是其中一個越來越重要的研究領(lǐng)域。產(chǎn)生腫瘤特異性的T細胞是納米疫苗發(fā)揮作用的關(guān)鍵所在，這個過程涉及對抗原輸送到淋巴結(jié)的時空控制、抗原在抗原呈遞細胞（APC）中的胞質(zhì)輸送及其交叉呈遞。目前研究表明小于50 nm的納米顆粒更容易富集在淋巴結(jié)，但是迄今為止很少有50 nm以下的納米顆粒可以在無佐劑的情況下促進抗原呈遞并刺激固有免疫反應(yīng)，這也是目前的納米疫苗組分復(fù)雜的最主要原因。

近日，來自美國德克薩斯大學西南醫(yī)學中心的高金明（Jinming Gao）教授和美國國家科學院院士陳志堅（Zhijian J. Chen）教授等人發(fā)現(xiàn)，一種由酸度響應(yīng)聚合物組成的納米顆粒（PC7A）與抗原組成的簡單復(fù)合物不僅可以有效促進抗原在抗原遞呈細胞中的胞質(zhì)輸送、顯著增強抗原呈遞，還可以通過激活Ⅰ型干擾素刺激因子（STING）刺激產(chǎn)生Ⅰ型干擾素，從而顯著增強該納米疫苗的抗癌效應(yīng)。相關(guān)工作發(fā)表于Nature Nanotechnology上，共同第一作者為Min Luo博士、Hua Wang博士和Zhaohui Wang博士。

高金明教授課題組早期致力于腫瘤早期診斷磁共振納米探針的開發(fā)，近幾年則致力于腫瘤微環(huán)境響應(yīng)性診斷探針的開發(fā)與轉(zhuǎn)化。該課題組此前曾開發(fā)出了一系列基于聚乙二醇-聚甲基丙烯酸酯、對生理環(huán)境pH（4-7.4）高度敏感的pH超敏納米顆粒，已經(jīng)成功用于腫瘤微環(huán)境診斷（Nat. Mater., 2014, 13, 204-212）及手術(shù)指導(dǎo)?？紤]到該類納米顆粒尺寸僅為20-50 nm，同時可以在特定pH條件下發(fā)揮質(zhì)子海綿效應(yīng)，破壞細胞膜，促進物質(zhì)的胞質(zhì)運輸，他們推測這些納米顆?？赡芫哂写龠M抗原胞質(zhì)輸送及運輸至淋巴結(jié)的能力。因此他們先在小鼠體內(nèi)評估了這些納米顆粒產(chǎn)生細胞毒性T淋巴細胞（CTL）反應(yīng)的能力。

他們使用卵清蛋白（OVA）為模式抗原，將之與納米顆粒復(fù)合形成納米疫苗并皮下注射到小鼠體內(nèi)，然后通過體內(nèi)CTL試驗檢測OVA特異性的CTL反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)納米疫苗OVA-PC7A介導(dǎo)的OVA特異性脾臟細胞殺傷率最高（達82%），其殺傷效率是相同pH值響應(yīng)的OVA-PC6S1A和OVA-PEPA的兩倍，而線性氨聚合物中，OVA-PEPA產(chǎn)生的CTL反應(yīng)最強，這表明聚合物結(jié)構(gòu)和響應(yīng)性pH值都對納米疫苗產(chǎn)生的CTL強度有影響。同時，OVA-PC7A產(chǎn)生的CTL反應(yīng)強度是OVA-alum或者OVA-LPS（均激活toll樣受體4（TLR4）通路）的20倍，是OVA-CpG（激活TLR9通路）的3.6倍。此外它還可以產(chǎn)生OVA特異性的IgG1和IgG2c抗體，這意味著基于PC7A的納米疫苗可以誘導(dǎo)產(chǎn)生強烈的抗原特異性CTL反應(yīng)、Th1和Th2反應(yīng)，效果甚至優(yōu)于現(xiàn)有的成熟佐劑-抗原組合。

為了示蹤納米顆粒在體內(nèi)的運動，作者采用吲哚菁綠標記了PC7A納米顆粒，在小鼠尾基部注射后采用活體成像研究了納米顆粒的體內(nèi)分布。他們發(fā)現(xiàn)納米顆粒在注射后24小時可以到達外周淋巴結(jié)，而基本不分布到其他器官。通過使用熒光分子標記的OVA并采用流式細胞術(shù)分析淋巴結(jié)中OVA陽性的巨噬細胞和樹突狀細胞（DC），作者發(fā)現(xiàn)PC7A介導(dǎo)的OVA在所有細胞中的分布均多于游離的OVA。與游離OVA相比，OVA-PC7A使OVA陽性的CD8α+DC的數(shù)量增加了29倍，而該細胞對誘導(dǎo)CTL反應(yīng)至關(guān)重要。進一步研究發(fā)現(xiàn)盡管骨髓來源樹突狀細胞（BMDC）對OVA-PC7A和OVA-PD5A的攝取能力相當（均高于游離的OVA），但是PC7A誘導(dǎo)的抗原呈遞數(shù)量比其他兩組高3倍，PC7A處理后的BMDC可以促使OT-I小鼠來源的CD8+T細胞產(chǎn)生IFN-γ的量明顯增加，OVA-PC7A在體內(nèi)刺激產(chǎn)生OVA特異性的CD8+T細胞的數(shù)量也比其他兩組高15倍。這些結(jié)果表明PC7A可以顯著增強抗原在APC中的胞質(zhì)輸送和抗原呈遞，從而顯著增強產(chǎn)生的抗原特異性T細胞的量。

由于共刺激信號（CD80/86）和細胞因子也是誘導(dǎo)強烈腫瘤特異性CTL反應(yīng)的必要因素，因此作者檢測了納米疫苗對APC共刺激分子表達和細胞因子分泌的影響。采用納米疫苗免疫后24小時，取小鼠的腹股溝淋巴結(jié)進行分析，發(fā)現(xiàn)OVA-PC7A刺激后各種APC表面CD86的表達量均高于對照組，同時IFN刺激基因（包括IRF7和CXCL10）的表達量也有所增加。和Poly(I:C)（陽性對照）及OVA-PD5A相比，OVA-PC7A在免疫后24小時誘導(dǎo)產(chǎn)生的免疫反應(yīng)更強。通過在一系列基因缺陷小鼠體內(nèi)進行相同實驗，作者發(fā)現(xiàn)OVA-PC7A誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)并非依賴于TLR及線粒體抗病毒信號蛋白通路（MAVS），而是依賴于STING通路（注：TLR、MAVS和STING通路是APC中介導(dǎo)抗癌免疫反應(yīng)的三個重要細胞信號通路），可能原因是PC7A直接和STING相互作用而激活STING。在這個過程中，APC（尤其是DC）是吞噬OVA-PC7A的主要細胞亞群，隨后細胞內(nèi)的STING-I型IFN信號通路被激活，從而增強了該納米疫苗抗癌免疫反應(yīng)。盡管作者認為還需要進一步實驗確認PC7A激活STING的機制，但是并未在本文進行深入研究。

基于以上實驗結(jié)果，作者采用幾種腫瘤模型驗證了該疫苗的抗癌療效。在B16-OVA黑素瘤模型中，OVA-PC7A疫苗療效最佳，植瘤40天后還有50%的小鼠存活，而單獨的抗原組或者OVA-PD5A組的小鼠在20天左右就全部死亡。在B16-F10黑素瘤和直腸癌MC38模型中，抗原-PC7A疫苗組療效均優(yōu)于其他對照組。而在人乳頭狀瘤病毒（HPV）E6/7 TC-1腫瘤模型中，抗原-PC7A疫苗可以使50%的小鼠在植瘤后60天的時間里保持無腫瘤狀態(tài)。而將抗原-PC7A與抗PD-1抗體聯(lián)合使用時，植TC-1腫瘤的小鼠在60天后全部存活，有90%的小鼠無腫瘤。同時，組織學分析發(fā)現(xiàn)PC7A納米疫苗治療的小鼠各器官未觀察到明顯的毒性?？傮w而言，該納米疫苗可以在抗原用量較低（0.5 μg）的條件下產(chǎn)生較強烈而安全的抗腫瘤免疫反應(yīng)，同時與免疫檢驗點抑制劑具有協(xié)同抗癌效應(yīng)。

——總結(jié)——

本文介紹了一種具有佐劑效應(yīng)的新型疫苗，尺寸效應(yīng)促進其淋巴結(jié)富集，而pH響應(yīng)性促進抗原的胞質(zhì)輸送及交叉呈遞。同時，研究人員發(fā)現(xiàn)PC7A具有結(jié)合STING的效應(yīng)，因而該納米疫苗具有較強的抗癌效應(yīng)。

咋一看，能發(fā)現(xiàn)這樣一個現(xiàn)象實屬運氣，但是事實上能夠把這項研究做到發(fā)Nature Nanotechnology 的水平確實不能全靠運氣。高金明教授實驗室擁有一系列性質(zhì)優(yōu)良的聚合物，促使他們有機會發(fā)現(xiàn)PC7A具有促內(nèi)涵體逃逸、促抗原呈遞效應(yīng)以及STING激活效應(yīng)，這說明研究積累很重要；其次，高金明教授與陳志堅教授同在一個單位，恰巧后者是cGAP-STING信號通路研究大咖，每年均有2、3篇CNS文章到手，本文關(guān)于PC7A激活STING的機理研究算是手到擒來，這說明優(yōu)秀的合作伙伴也非常重要。這一工作可謂是“天時地利人和”的結(jié)果。（不多說了，回去合成聚合物去了。另外，優(yōu)秀的合作伙伴們，快到碗里來吧！在下這里有很多聚合物~~）