自供氧的双酶共递送仿生纳米体系用于饥饿/免疫协同治疗三阴性乳腺癌的研究

Glucose-depleting starvation therapy represents an intriguing avenue to the noninvasive treatment of triple negative breast cancer (TNBC). Nevertheless, starvation therapy fails to treat TNBC micro-metastases. Additionally, glucose is not the only energy source in tumor cells. To address these challenges, this project designs a biomimetic dual-enzyme delivery nanosystem with oxygen self-supply to co-deliver glucose oxidase and lactate oxidase to the tumor tissue based on the ambidextrous approach and biomimetic PD-L1 antibody-conjugating platelet membrane (FTPA-GOx/LOx@PM-aPDL1) to achieve dual-target combination therapy. Firstly, the biomimetic nanosystem has long circulation time and high tumor accumulation owing to the immune escaping and tumor adherency of platelet membranes. Secondly, this system co-delivers glucose oxidase and lactate oxidase to simultaneously catalyze the decomposition of glucose and lactate in the hypoxic TNBC tumor tissue in the aid of the oxygen releasing by perfluorotripropylamine. The catalytic reactions can achieve highly efficient starvation therapy and recruit a large number of CD8+ T lymphocytes into the tumor tissue. Thirdly, the aPDL1 on the surface of the nanosystem could relieve the immune brake on T cells to trigger systemic tumor specific immune response. The designed biomimetic nanosystem to co-deliver two enzymes for the TNBC with complex metabolic pathway provides novel insights for enhancing TNBC therapeutic efficiency, reducing relapse and systemic metastases. This design may have clinical application prospects.

分解葡萄糖的饥饿治疗为缺乏明确分子靶点的三阴性乳腺癌(TNBC)提供了一种新型无创治疗方式。但葡萄糖不是肿瘤细胞的唯一能量来源，并且饥饿治疗无法抑制TNBC的微转移灶。为解决上述难题，本项目基于“双管齐下”策略，依托PD-L1抗体偶联的血小板膜仿生技术，从双靶点联合治疗入手，构建了自供氧的双酶共递送的仿生纳米体系。首先，我们利用血小板膜的免疫逃逸和肿瘤细胞粘附特性实现药物长循环和肿瘤细胞靶向；其次通过共同装载葡萄糖氧化酶和乳酸氧化酶，同时催化肿瘤组织中葡萄糖/乳酸的分解，并利用全氟三丙胺运送氧气为该催化反应提供原料，实现双靶点高效饥饿治疗并且招募大量CD8+T细胞；最后利用膜上PD-L1抗体解除肿瘤细胞对T细胞的免疫刹车作用，开启T细胞对全身肿瘤细胞的特异性杀伤。这种针对复杂肿瘤代谢通路设计的双酶共递送仿生纳米体系为提高TNBC疗效、减少复发和转移提供了新的思路，具备一定的临床应用前景。

分解葡萄糖的饥饿治疗为缺乏明确分子靶点的三阴性乳腺癌（TNBC）提供了一种新型无创治疗方式。但葡萄糖不是肿瘤细胞的唯一能量来源，并且饥饿治疗无法抑制TNBC的微转移灶。针对这一科学问题，在项目实施的三年间，我们构建了自供氧的双酶共递送仿生纳米体系，利用基因工程技术在人肾上皮细胞HEK293T表面高表达PD-1蛋白，并包覆双酶纳米乳剂用于饥饿/免疫协同治疗研究。首先将乳酸氧化酶（LOx）和葡萄糖氧化酶（GOx）作为乳化剂，通过超声乳化法制备出两种酶与全氟三丙胺（FTPA）的水包油乳剂，再通过共挤出的方法将PD-1细胞膜囊泡（PM）包覆在外表面，形成仿生纳米乳剂FGL@PM。.FTPA具有高效载氧能力，能够为GOx/LOx的催化反应提供充足氧气，使之有效地切断肿瘤细胞中葡萄糖/乳酸相关能量代谢途径，并产生氧化活性的过氧化氢，实现肿瘤饥饿治疗。饥饿治疗引发肿瘤免疫原性细胞死亡，活化并招募抗肿瘤免疫细胞到肿瘤组织中，改善免疫耐受的微环境。同时，细胞膜上高表达的PD-1可作为免疫检查点抑制剂，竞争性结合肿瘤细胞表面的PD-L1，解除T细胞的免疫刹车，实现免疫协同治疗效果。研究发现，双酶共同作用比单一酶对三阴性乳腺癌4T1细胞的呼吸链具有显著更强的抑制作用。通过尾静脉注射FGL@PM到小鼠体内后，可以完全抑制小鼠皮下4T1肿瘤的生长且在40天内没有可见的肿瘤复发。此外，FGL@PM可以促进树突状细胞的成熟以及CD8+T细胞的激活和肿瘤浸润。最后，溶血测试、血清生化以及正常组织切片染色等实验表明本仿生纳米体系中的各组分均具有极高的生物安全性。