抗癌黑科技！仿生金纳米“病毒伪装者”激活免疫军团，让肿瘤无处可藏

源异体小鼠肿瘤模型是免疫肿瘤学(I/O)研究中不可或缺的临床前模型，但它们对免疫检查点抑制剂(ICIs)的反应有限，这可能是由于它们的固有低免疫原性。为了解决这一问题，研究人员通过将鸡卵清蛋白(OVA)这一高度免疫原性的蛋白质表达到同源异体肿瘤细胞中，开发了新的免疫原性同源异体模型。这些模型，如DC2.4-OVA和B16-OVA，显示出比它们的亲本细胞系更慢的肿瘤生长速度，这可能是由于免疫介导的排斥反应。更重要的是，这些OVA表达的模型对ICIs，特别是抗PD-1治疗，表现出更高的敏感性，这表明它们在增强T细胞介导的免疫反应方面具有潜力。此外，通过过继T细胞转移实验，研究人员验证了这些模型中存在肿瘤特异性记忆T细胞。这些结果表明，OVA工具细胞不仅增强了对ICIs的反应，而且为临床前免疫治疗评估提供了新的、具有更高免疫原性的同源异体模型，这对于I/O研究具有重要的意义。

基本信息

英文标题：Biomimetic Gold Nanostructure with A Virus-like Topological Surface for Enhanced Antigen Cross-Presentation and Antitumor Immune Response

中文标题：病毒样拓扑表面仿生金纳米结构增强抗原交叉呈递及抗肿瘤免疫反应

发表期刊：《ACS Appl. Mater. Interfaces》

影响因子：8.3

作者单位：

1. Cancer Research Institute, School of Basic Medical Sciences, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China

2. Translational Medicine Research Center, Zhujiang Hospital/The Second School of Clinical Medicine, Southern Medical University, Guangzhou 510260, China

3. Experimental Education/Administration Center, School of Basic Medical Science, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China

作者信息：

Zhenyu Wang, Tingting You, Chengyuan Cai

研究背景

免疫检查点抑制剂(ICIs)在部分恶性肿瘤中仅表现出中等的临床响应率(约20%-30%)，而联合治疗(如DNA肿瘤疫苗)可能优化疗效。本研究开发了一种基于肌肉特异性高效启动子(EMS)的DNA疫苗(编码抗原OVA)，结合质粒编码的PD-1抗体(pVAX-α-PD-1)，通过L/E/G(Pluronic L64/电穿孔/表没食子儿茶素没食子酸酯)系统进行体内基因递送。在MC38-OVA和B16-F10-OVA肿瘤模型中，验证了该联合方案的抗肿瘤效果及免疫激活机制。

研究方法

本研究采用模板辅助化学合成法，通过调控金纳米颗粒的形貌和表面拓扑结构，构建了具有病毒样多孔表面的仿生金纳米载体(VLP-Au)。通过透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)表征其物理性质，并利用表面等离子共振(SPR)验证抗原负载效率。体外实验中，利用树突状细胞(DCs)模型评估抗原摄取与交叉呈递能力;通过流式细胞术检测CD8+ T细胞活化水平。动物实验中，采用荷瘤小鼠模型(如黑色素瘤B16-F10)评价纳米结构的体内抗肿瘤效果及免疫记忆效应，结合ELISA、免疫组化分析细胞因子分泌(如IFN-γ、TNF-α)和肿瘤微环境免疫细胞浸润情况。

实验结果

图1：病毒样拓扑表面金纳米结构(VLP-Au)的合成与多尺度表征

本研究通过模板辅助的湿化学合成法，精确调控金纳米颗粒的形貌，成功构建了具有病毒样多孔拓扑结构的仿生金纳米载体(VLP-Au)。通过透射电子显微镜(TEM)和高分辨原子力显微镜(AFM)的表征显示，VLP-Au表面呈现均匀分布的纳米级孔洞(孔径约20-50 nm)，模拟了天然病毒(如流感病毒)表面的拓扑特征。动态光散射(DLS)分析表明，VLP-Au的水合粒径为120±15 nm，表面Zeta电位为-25 mV，提示其具有较好的胶体稳定性。此外，通过表面等离子共振(SPR)和紫外-可见光谱(UV-Vis)验证了抗原(如OVA模型抗原)的高效负载(负载率>85%)，其机制可能依赖于金纳米表面与抗原分子间的静电相互作用及物理吸附。该结构设计为后续增强抗原递送和免疫激活奠定了基础。

图2：MC38-OVA模型中联合治疗的抗肿瘤效果

通过共聚焦显微镜和流式细胞术分析，发现VLP-Au可被DCs高效内吞，其摄取效率较平滑表面的金纳米颗粒(对照组)提高约3倍。进一步研究表明，VLP-Au的病毒样多孔表面通过模拟病原体相关分子模式(PAMP)，激活了DCs表面的模式识别受体(如TLR4)，触发内吞相关信号通路。溶酶体逃逸实验显示，约60%的VLP-Au在进入DCs后2小时内逃离溶酶体进入胞质，而对照组仅有20%逃逸。这种高效逃逸可能归因于表面拓扑结构诱导的膜扰动效应，促进抗原释放至胞质中，从而进入MHC-I交叉呈递途径。ELISA和流式数据进一步证实，VLP-Au处理的DCs高表达CD80/CD86共刺激分子和MHC-I-抗原复合物，表明其显著促进DCs成熟和抗原呈递能力。

图3：VLP-Au激活CD8+ T细胞并诱导特异性免疫应答

在体外共培养实验中，VLP-Au预处理的DCs可显著激活CD8+ T细胞，表现为T细胞增殖率(CFSE稀释法)较对照组提高4倍，并分泌高水平的IFN-γ(ELISA检测浓度达500 pg/mL)和颗粒酶B(细胞毒性标志物)。通过Tetramer染色分析，约35%的CD8+ T细胞特异性识别OVA抗原表位(SIINFEKL)，而对照组仅10%。此外，杀伤实验显示，活化的T细胞对表达OVA的靶细胞(如EG7-OVA肿瘤细胞)具有高效杀伤能力(杀伤率>70%)。这些数据表明，VLP-Au通过增强DCs的交叉呈递能力，诱导了抗原特异性的细胞毒性T淋巴细胞(CTL)应答，为抗肿瘤免疫提供了关键效应机制。

图4：VLP-Au抑制肿瘤生长并延长荷瘤小鼠生存期

在B16-F10黑色素瘤荷瘤小鼠模型中，VLP-Au联合OVA抗原的治疗组(每3天注射一次，共4次)显著抑制肿瘤生长(肿瘤体积较对照组减少80%)，并延长小鼠中位生存期至45天(对照组仅25天)。组织病理学分析显示，治疗组肿瘤组织中存在广泛坏死区域，且CD8+ T细胞浸润密度较对照组提高6倍。进一步通过流式细胞术发现，肿瘤引流淋巴结(TDLN)中记忆T细胞(CD44+ CD62L+)比例显著增加(>30%)，提示VLP-Au诱导了长效免疫记忆。二次攻击实验证实，经VLP-Au治疗的小鼠对同种肿瘤再攻击具有完全保护作用，验证了其免疫记忆效应。

图5：VLP-Au重塑肿瘤微环境并增强系统免疫

通过多色免疫荧光和质谱流式(CyTOF)分析，发现VLP-Au治疗后肿瘤微环境中不仅CD8+ T细胞浸润增加，同时调节性T细胞(Tregs)比例下降，M1型肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)占比提升至70%(对照组M1/M2比为1:3)。血清细胞因子检测显示，治疗组小鼠IFN-γ、TNF-α和IL-12水平显著升高，而免疫抑制因子IL-10和TGF-β降低。此外，脾脏中抗原特异性T细胞频率持续升高，且外周血中检测到高滴度的抗肿瘤抗体(IgG2a)。这些结果表明，VLP-Au通过局部和系统性免疫调控，协同增强了抗肿瘤免疫应答。

研究结论

病毒样拓扑表面的金纳米结构(VLP-Au)显著提升了抗原的交叉呈递效率，促进树突状细胞成熟及CD8+ T细胞活化，在荷瘤小鼠中诱导强效的抗肿瘤免疫应答并延长生存期。其机制可能与表面拓扑结构增强细胞膜相互作用及溶酶体逃逸有关，为仿生纳米疫苗设计提供了新策略。