近日，華中科技大學(xué)研究人員在國際期刊《Cell Reports Medicine》上發(fā)表了題為“Engineering irradiated tumor-derived microparticles as personalized vaccines to enhance anti-tumor immunity”的研究論文，該研究中，研究人員介紹了一種利用輻射后的腫瘤細(xì)胞衍生微粒(RT-MPs)構(gòu)建疫苗的策略，該疫苗具有個性化和廣譜的抗原庫，可誘導(dǎo)全面的抗腫瘤效應(yīng)。研究人員利用SARS-CoV-2刺突蛋白和TGFBR2開發(fā)了RT-MPs。該刺突蛋白和TGFBR2高表達(dá)誘導(dǎo)固有免疫應(yīng)答，改善免疫抑制性TME，從而促進(jìn)T細(xì)胞活化和浸潤，終抑制腫瘤生長。本研究為生產(chǎn)有效的個體化抗腫瘤疫苗提供了策略。
研究背景
個性化腫瘤疫苗通過增強或利用患者的免疫系統(tǒng)來對抗腫瘤細(xì)胞，在癌癥治療中受到了廣泛關(guān)注。然而，許多I期臨床試驗顯示，在激活免疫反應(yīng)和減少復(fù)發(fā)方面效果有限。這些令人不滿意的結(jié)果是由于以下幾個因素造成的:(1)腫瘤抗原的可獲得性低，(2)腫瘤抗原的免疫原性弱，(3)免疫抑制的腫瘤微環(huán)境(TME)，(4)抗原呈遞細(xì)胞(APCs)數(shù)量不足，無法誘導(dǎo)足夠的細(xì)胞毒性T細(xì)胞(ctl)，(5)活化的ctl浸潤很小;還有許多其他可能的原因。因此，既能提供高可用性的強免疫原性腫瘤抗原來激活A(yù)PC，又能改善免疫抑制性TME的可行方法，是引發(fā)有效的抗腫瘤免疫應(yīng)答和實現(xiàn)臨床效益所必需的。
為了克服這些缺陷，實驗室之前已經(jīng)探索了一種方法，即利用輻射誘導(dǎo)的旁觀者效應(yīng)(RIBE)的潛在機制，即輻射在癌細(xì)胞和鄰近未輻照的細(xì)胞或組織中引起氧化應(yīng)激和DNA損傷，導(dǎo)致免疫原性死亡并誘導(dǎo)抗腫瘤作用。研究人員發(fā)現(xiàn)輻照腫瘤細(xì)胞源性微顆粒(RT-MPs)，一種由輻照腫瘤細(xì)胞釋放的細(xì)胞質(zhì)膜源性細(xì)胞外囊泡，增加抗原呈遞。誘導(dǎo)RT-MPs的釋放不僅可以導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞鐵死亡，還可以將腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM)重編程為具有病原體殺傷能力的m1樣促炎表型，從而表現(xiàn)出抗腫瘤作用。因此，輻射可以誘導(dǎo)一種新的免疫肽，可能作為有效的抗原。這種特性使RT-MPs成為遞送抗原和激活A(yù)PC的理想載體，使其成為腫瘤疫苗的優(yōu)秀佐劑。
研究進(jìn)展
到目前為止，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過表達(dá)SARS-CoV-2刺突蛋白激活apc，而過表達(dá)TGFΒR2可改善免疫抑制性TME并促進(jìn)T細(xì)胞向腫瘤部位遷移。研究人員同時加入RT-MPs@S和RT-MPs@T，測試10 ng/mL TGF-β對bmms的聯(lián)合作用。如圖所示，RT-MPs@S和RT-MPs@T聯(lián)合使用對BMDMs的激活和TGF-β的消耗作用較強。因此，研究人員認(rèn)為將這兩種微粒結(jié)合在一起，在防止腫瘤形成和抑制腫瘤生長方面會產(chǎn)生更強的反應(yīng)。首先，研究人員測試了工程化RT-MPs對C57BL/6小鼠的預(yù)防作用。然后皮內(nèi)注射PBS、RT-MPs、RT-MPs@S、RT-MPs@T和RT-MPs@S&T，每2天注射一次，共6天。研究人員在一次疫苗注射10天后皮下注射Lewis腫瘤細(xì)胞。如5A所示，RT-MPs可以有效地阻止腫瘤的形成。與RT-MPs相比，RT-MPs@S或RT-MPs@T在抑制腫瘤生長方面表現(xiàn)出更顯著的效果。RT-MPs@S&T在預(yù)防和抑制腫瘤生長方面的作用較強。在腫瘤細(xì)胞接種21天后，RT-MPs@S& t處理組中只有10%的小鼠(1 / 10)形成腫瘤。
圖5：RT-MPs@S&T顯示出增強抗腫瘤免疫和抑制腫瘤生長的能力
為了評估這些佐劑和疫苗的使用如何轉(zhuǎn)化為患者的治療，研究人員試圖確定這些微粒在腫瘤形成后的作用。在這里，研究人員建立了皮下Lewis瘤。腫瘤達(dá)到50 mm3后，小鼠被隨機分為5個治療組:PBS、RT-MPs、RT-MPs@S、RT-MPs@T和RT-MPs@S&T。與RT-MPs、RT-MPs@S和RT-MPs@T相比，RT-MPs@S&T顯著抑制了腫瘤生長(圖5B)。研究人員還利用小鼠胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)細(xì)胞系構(gòu)建了另一個腫瘤模型，該細(xì)胞系來源于KrasG12D和trp53r172h突變的本地小鼠PDAC (KPC)模型的晚期原發(fā)腫瘤。研究人員在KPC細(xì)胞上過表達(dá)刺突蛋白和TGFBR2，并獲得RT-MPs RT-MPs@S和RT-MPs@T。如圖5C所示，與RT-MPs相比，RT-MPs@S&T顯著抑制了腫瘤生長。綜上所述，這些結(jié)果表明RT-MPs@S&T在體內(nèi)具有非常強的預(yù)防和治療抗腫瘤作用。
為了評估RT-MPs@S&T與抗pd -1聯(lián)合使用的生物相容性，研究人員在PBS、RT-MPs@S&T、抗pd -1以及RT-MPs@S&T與抗pd -1聯(lián)合使用后15天采集小鼠血液和組織。研究人員觀察到白細(xì)胞(WBC)和谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)的數(shù)量增加，但在正常范圍內(nèi)(圖6I和6J)。四組患者紅細(xì)胞(rbc)、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、血尿素氮(BUN)、肌酐(CR)的變化均無顯著性差異(圖6K-6N)。此外，小鼠的體重在四個治療組之間沒有顯著差異。心、肝、脾、肺、腎的組織病理學(xué)檢查顯示，RT-MPs@S&T治療或聯(lián)合治療均未影響這些主要器官?？傊?，這些數(shù)據(jù)表明，RT-MPs和工程化RT-MPs用于潛在的腫瘤疫苗是安全的。
圖6：含有RT-MPs@S&T和抗pd -1的治療具有抗腫瘤作用，并產(chǎn)生免疫記憶
研究結(jié)論
綜上，研究人員描述了一種開發(fā)個體化抗腫瘤疫苗的策略，該疫苗基于使用RT-MPs作為個體化和廣泛抗原庫的載體，通過基因工程在兩個方面進(jìn)行修飾:一是利用SARS-CoV-2刺突蛋白增強RT-MPs激活先天免疫的能力，二是通過過表達(dá)TGFΒR2降低局部TGF-β濃度，改善免疫抑制微環(huán)境。研究人員還表明，使用含有SARS-CoV-2刺突蛋白并過表達(dá)TGFΒR2的RT-MPs可以緩解T細(xì)胞被困在淋巴結(jié)中的問題，從而使T細(xì)胞無法有效地被募集到局部腫瘤，從而促進(jìn)T細(xì)胞向腫瘤部位的浸潤。隨著患者個性化治療策略的迫切需求的增加，本疫苗設(shè)計有望為針對肺癌的免疫治療和針對其他實體腫瘤的個性化癌癥疫苗提供思路和方法。
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