促进肿瘤相关抗原交叉递呈纳米载体构建及调控机制

Vesicle transportation of antigen is one of the key points of cross-presentation of antigen, which is crucial to initiate the activation of cytotoxic T cells and the following the development of effective cancer immune response. The biodegradable PLGA (poly(lactic-co-glycolic acid) has been issued by US Food and Drug Administration (FDA) to be applied in clinical medicine.It was demonstrated that the encapsulation in PLGA nanoparticles (PLGA NP) can significantly amplified with adjuvant properties. The size and surface property, especially surface charge of PLGA nanoparticles may affect the cellular transportation pathway of nanoparticles, but still unclear now needing further investigation. The project aims to develop different sizes of PLGA NP with different surface properties as antigen carriers. The cellular pathway of OVA@PLGA NP and the antigen release profile will be investigated to explore the key factors that modulate the cross-presenting related vacuoles. The optimal PLGA NP will be chosen to deliver OVA antigen so that the antigen can be carried through cross-presenting specific cellular transportation pathway, enhancing the formation of MHCI-OVA complex and cytotoxic lymphocyte (CTL) production. The antitumor efficacy of the OVA@PLGA NP will be further studied in vitro and in vivo. The work will provide experimental evidence for developing novel antigen delivery system.

促进肿瘤相关抗原的交叉递呈对有效激活肿瘤杀伤性T细胞、从而诱导抗肿瘤免疫效应具有重要意义，其中抗原的胞内输运途径是决定其后续交叉递呈的关键要素。聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）是一种批准用于临床的可降解高分子材料，其负载抗原后形成的纳米颗粒表现出一定的免疫佐剂效应，有望发展为一类新型抗原递送系统。PLGA纳米颗粒的尺寸和表面电荷性质可影响其进入细胞及胞内的输运过程，迄今，其对肿瘤相关抗原交叉递呈途径的影响尚不清晰，其机制有待深入研究。本项目拟制备负载OVA抗原的PLGA纳米颗粒（OVA@PLGA），研究颗粒尺寸和表面电荷性质对该递送系统在细胞内的输运途径及抗原的胞内释放行为的影响；研究OVA@PLGA对MHCI-OVA复合体形成与杀伤性T细胞产生的促进作用；研究其抗肿瘤免疫治疗功效。通过阐明OVA@PLGA对抗原交叉递呈的调控机制，为新型纳米颗粒抗原载体的设计与研发提供实验和理论依据。

研究背景：.抗原呈递细胞吞噬抗原后，需要穿过内皮细胞，活化为成熟的抗原呈递细胞后，到达淋巴器官，将抗原呈递给T淋巴细胞。在抗原呈递细胞活化成熟的过程中，内皮细胞和T细胞的功能也相应发生改变。而且抗原及佐剂对内皮细胞和T淋巴细胞功能的影响也是决定抗原呈递的关键因素，目前这方面的研究还比较少。我们前期研究发现，在体外三维抗原呈递模型中，纳米颗粒及抗原可直接影响内皮细胞和T细胞的功能，继而影响抗原呈递过程及结果。.主要研究内容：.本项目重点研究了：（1）羧基化碳纳米管纳米颗粒对T淋巴细胞活化情况及其关键影响因素；（2）氧化铁纳米颗粒对人脐静脉内皮细胞表型和功能的影响及作用机制。通过本项目的研究，提出了部分纳米颗粒可不通过胞内囊泡输运过程影响细胞的表型和功能。.重要结果：.（1）羧基化碳纳米管很少被T淋巴细胞吞噬，只有少量嵌入到细胞膜上，刺激T淋巴细胞表达少量IL-4。佛波酯刺激T细胞后，可以显著增加细胞对碳纳米管的摄取，同时细胞活化关键因子IL-2、IFN-γ、IL-4和IL-10的表达时相发生改变。佛波酯和碳纳米管联合应用可有效促进脾淋巴细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。.（2）聚葡萄糖山梨醇羧甲基醚修饰的三氧化二铁纳米颗粒（PSC-Fe2O3）在较高浓度下可使脐静脉内皮细胞（HUVECs）由铺路石样转变为长梭形，内皮细胞标志物表达降低，而间质化标志物表达升高；同时，内皮细胞的迁移能力增强，成血管能力降低，高浓度的PSC-Fe2O3诱导HUVECs发生内皮间质转分化（EndMT）。进一步研究发现PSC-Fe2O3基本不被内皮细胞摄取，不进入细胞内，可催化胞外H2O2生成羟自由基，升高胞外ROS，进而升高细胞内ROS水平，诱导EndMT。抗氧化剂甘露醇或抗坏血酸与PSC-Fe2O3联用，可以降低细胞内ROS，逆转EndMT。体外和体内实验结果确定了使用抗氧化剂可以挽救内皮间质转分化。.关键数据及科学意义:.本研究结果提示纳米颗粒在不被细胞摄取的情况下，通过改变胞外环境或直接作用于细胞膜，引起细胞表型和功能的改变。提示研究者应重视免疫过程中纳米颗粒对免疫细胞环境的影响，重视纳米材料对胞外环境的改变及应对策略。