陈永明、刘利新教授团队在微针肿瘤纳米疫苗研究进展
肿瘤异质性和肿瘤耐药性是肿瘤疫苗开发的主要障碍。并且，肿瘤细胞采取主动屏蔽或脱落主要组织相容复合物（Major Histocompatibility Complex，MHC）分子的方式减少αβ T细胞对肿瘤细胞的识别，致使肿瘤疫苗的失效。不同于常规的αβ T细胞，γδ T细胞采用非MHC限制方式识别广泛的抗原。作为免疫哨兵，皮肤驻留γδ T细胞占皮肤总T细胞的10-70%，能够在皮肤稳态失衡后快速迁移和活化参与稳态调节。紫外线照射和损伤等物理刺激能够造成皮肤稳态失衡，导致损伤相关分子模式和紧密连接蛋白水平上调，诱导皮肤驻留γδ T细胞迅速活化和向损伤部位迁移。同时，研究表明γδ T细胞通过释放颗粒酶和穿孔素直接杀伤肿瘤细胞，同时分泌干扰素和肿瘤坏死因子激活αβ T细胞，增强肿瘤抑制能力。广泛的抗原识别能力能够提供给γδ T细胞克服开发有效肿瘤疫苗面临的困境。近日，中山大学陈永明教授和刘利新教授团队首次提出了一种展现γδ T细胞抗肿瘤能力的肿瘤疫苗（图1）。
图1 微针疫苗的制备及其引发的抗肿瘤免疫反应示意图。
本研究使用肿瘤细胞膜囊泡（Tumor cell membrane vesicles, TMVs）提供肿瘤特异性抗原，并向TMVs中加入包裹TLR9激动剂CpG脂质体增强疫苗的免疫原性和胶体稳定性。通过SDS-PAGE凝胶、荧光共振能量转移和荧光共聚焦显微镜成像验证杂化疫苗的成功制备（图2）。
图2 杂化疫苗的表征。（A-C) 不同颗粒的粒径、 Zeta电位和TEM图像。(D) TMV、脂质体和LCTMV杂化颗粒的SDS-PAGE图像。(E) 用DiO和DiI标记TMV，与不同质量比的脂质体融合。通过测量DiI的荧光谱来评估颗粒杂化程度。(F) DiO-TMV和DiR-Liposomes杂化形成的颗粒的激光共聚焦图像。箭头表示DiO和DiR的共存位置。
利用微针贴片接种肿瘤疫苗激活了皮肤驻留γδ T细胞，增强了引流淋巴结中皮肤来源DC的活化，延长了颗粒在淋巴结的滞留（图3A-D）。小鼠4T1三阴性乳腺癌模型结果显示，微针接种肿瘤疫苗显著抑制了肿瘤的生长，延长了小鼠的生存期（图3E）。同时，肿瘤微环境分析结果表明，微针接种疫苗诱导了γδ T细胞在肿瘤的募集，提升了γδ T细胞自身增殖能力和对肿瘤细胞的杀伤作用（图3F）。
图3 微针接种杂化疫苗激活了γδ T细胞，展现出良好的抗肿瘤效果。(A) 负载DiR-LCTMV颗粒的微针的共聚焦图像。(B) 接种部位皮肤γδ T细胞的比例。(C) 接种疫苗后腹股沟淋巴结中皮肤DC活化水平。(D) 微针接种或皮下接种疫苗后不同时间点颗粒在腹股沟淋巴结平均荧光强度。 (E) 微针接种杂化疫苗显著抑制4T1肿瘤生长，延长了小鼠生存期。 (F) 接种疫苗后肿瘤微环境中γδ T细胞及其亚群的比例。
进一步采用基因工程化小鼠荷瘤，实验结果表明通过微针接种激活的γδ T细胞在抗肿瘤作用中发挥关键作用，并且趋化因子CXCL13能够诱导γδ T细胞在肿瘤部位的聚集，增强疫苗的抗肿瘤效果（图4）。
图4 CXCL13诱导γδ T细胞向肿瘤部位聚集。(A) TCRδ-/-基因工程鼠荷瘤实验示意图。(B) 与皮下接种疫苗相比，TCRδ-/-基因工程鼠中微针接种并不能抑制肿瘤生长及延长小鼠生存期。(C) 接种疫苗后，肿瘤微环境中CD8+ T细胞及其亚群比例变化。(D) 肿瘤微环境中，MNLCTMV组与SCPBS组相比上下调基因变化。(E) 肿瘤微环境中，MNLCTMV组与SCPBS组差异基因蛋白相互作用网络图。(F) 肿瘤微环境中趋化因子通路基因热图。(G) 不同接种组小鼠肿瘤中相关趋化因子基因的RNA水平。(H) Transwell细胞迁移实验表明CXCL13对γδ T细胞的迁移影响最大。
这项工作提出了使用疫苗激活γδ T细胞对肿瘤进行免疫治疗的新途径。γδ T细胞被肿瘤细胞膜上的抗原和微针物理刺激激活，CXCL13促进其在肿瘤部位的聚集。同时，该疫苗增强了抗原呈递细胞对抗原的摄取，诱导树突状细胞的成熟，延长了颗粒在淋巴结的积累，在多种肿瘤模型中表现出良好的抗肿瘤效果。γδ T细胞相对广谱的抗原识别可能克服当前肿瘤异质性的难题，为开发有效的肿瘤疫苗提供了新的策略。
相关论文以“Nanovaccine Showing Potent Immunotherapy to Tumor by Activating γδ T Cells”为题目，于2023年7月6日发表在Advanced Functional Materials上(DOI: 10.1002/adfm.202303537)。中山大学材料科学与工程学院博士研究生杨泽宇、李丽艳为共同第一作者，中山大学材料科学与工程学院陈永明教授和刘利新教授，暨南大学尹芝南教授为共同通讯作者。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、广州市重点领域研究计划项目支持。
中山大学陈永明研究团队简介：该团队是广东省珠江人才计划“纳米医学工程”创新团队，研究方向为生物大分子药物递送材料和应用技术、材料对免疫系统的干预。主要成果包括：（1）采用生物材料递送蛋白/多肽抗原和分子佐剂，制备的纳米疫苗高效靶向淋巴结，产生显著体液免疫和细胞免疫。在肠道病毒感染导致的手足口病、EBV 感染引起的鼻咽癌及 HBV 引起的慢性乙肝等动物模型上效果显著；（2）开发了全新结构类型的脂质体库，研发的LNP疫苗在特定组织和器官高效安全表达，在材料和制剂上形成自主知识产权；（3）建立了蛋白、核酸纳米药物快速加工技术，解决了纳米疫苗的高重现、规模化生产的技术瓶颈；（4）通过材料抑制游离核酸引起的炎症反应和肿瘤转移，在一些慢性、急性炎症反应和肿瘤转移取得显著效果。
初审：袁湛楠
审核：田雪林、许俊卿
审核发布：李伯军
