結(jié)直腸癌（CRC）部位存在高豐度的具核梭桿菌（Fn），促使腫瘤部位炎性因子升高，促進(jìn)腫瘤新血管生成；同時(shí)，巨噬細(xì)胞向M2型極化，下調(diào)體內(nèi)的CD4+ T細(xì)胞和CD8+ T細(xì)胞，形成免疫抑制微環(huán)境。
基因治療是將正常或治療性基因遞送到靶細(xì)胞中，復(fù)制表達(dá)，達(dá)到治療疾病的目的，在疾病治療領(lǐng)域已展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。鑒于Fn感染對(duì)CRC治療效果的不利影響，迫切需要開(kāi)發(fā)具有高抗菌活性和安全性的多功能基因遞送體系來(lái)消除Fn的不良影響，提高對(duì)Fn感染的CRC的治療效果。
針對(duì)上述挑戰(zhàn)，天津工業(yè)大學(xué)高輝教授課題組研發(fā)了一種治療Fn感染CRC的新策略，制備了一種具有腫瘤細(xì)胞主動(dòng)靶向性的基因遞送體系（AFGTs-PEG），遞送抗菌劑月桂酸（LA）和抗血管生成基因（sFlt-1），通過(guò)抗Fn實(shí)現(xiàn)了對(duì)Fn感染CRC的增強(qiáng)基因治療。這為高效安全的抗腫瘤基因遞送載體的構(gòu)建及致病菌相關(guān)腫瘤的治療問(wèn)題提供了具有臨床應(yīng)用前景的研究思路。
2024年12月20日，該研究成果以“Remodeling the Inflammatory and Immunosuppressive Tumor Microenvironment for Enhancing Antiangiogenic Gene Therapy of Colorectal Cancer”為題發(fā)表在Advanced Healthcare Materials上（DOI: 10.1002/adhm.202402887）。
高輝教授課題組前期研究發(fā)現(xiàn)月桂酸（LA）具有優(yōu)異的抗Fn活性。作者將LA和靶向分子4-羧基苯硼酸（PBA）修飾到低分子量的聚乙烯亞胺（OEI）中并與LA自組裝得到LA@OLP（AFs）。AFs復(fù)合sFlt-1并與DSPE-mPEG共組裝得到LA@OLP/sFlt-1/DSPE-mPEG（AFGTs-PEG）。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明AFGTs-PEG可以有效清除Fn，降低體內(nèi)炎性因子，抑制M1巨噬細(xì)胞向M2巨噬細(xì)胞的極化，上調(diào)CRC部位CD4+ T細(xì)胞和CD8+ T細(xì)胞，改善腫瘤炎癥和免疫抑制微環(huán)境，解除Fn對(duì)抗血管生成基因治療的不良影響，在活體水平協(xié)同發(fā)揮顯著的抗血管生成作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)Fn感染CRC的增強(qiáng)的基因治療效果（圖1a和b）。細(xì)胞毒性、溶血和H&E染色實(shí)驗(yàn)表明AFGTs-PEG具有良好的生物相容性和安全性。
圖1. AFGTs-PEG的制備及治療Fn感染CRC示意圖。
通過(guò)平板涂布法和菌落計(jì)數(shù)（圖2a和b）表明AFGTs-PEG具有與LA相似的抗Fn性能。掃描電鏡（圖2c）表明AFGTs-PEG處理后，Fn的細(xì)胞膜被破壞，形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。AO/EB染色（圖2d）再次表明AFGTs-PEG造成了Fn的大量死亡。結(jié)晶紫染色和3D成像（圖2e和f）顯示AFGTs-PEG對(duì)Fn形成的生物被膜具有高效的分散清除能力。
圖2. 體外抗菌和抗生物膜性能。
基于AFGTs-PEG優(yōu)異的體外抗菌性能，作者進(jìn)一步評(píng)價(jià)其體外抑制血管生成效果。凝膠電泳實(shí)驗(yàn)（圖3a）表明AFGTs-PEG在氮磷比為10時(shí)可以有效復(fù)合sFlt-1，從而避免sFlt-1在運(yùn)輸過(guò)程中的泄露和過(guò)早釋放問(wèn)題。質(zhì)子緩沖能力實(shí)驗(yàn)（圖3b）表明AFs具有與基因遞送“黃金標(biāo)準(zhǔn)”PEI25K相似的內(nèi)含體逃逸能力。細(xì)胞轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)（圖3c-e）表明LA：OLP（質(zhì)量比）為3：1時(shí)且氮磷比為10時(shí)，轉(zhuǎn)染效率最高，因此選用此比例進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。體外抑制血管形成實(shí)驗(yàn)（圖3f和g）表明即使在Fn感染條件下，AFGTs-PEG也能顯著地降低血管的形成。
圖3. 體外轉(zhuǎn)染性能。
藥物體內(nèi)分布實(shí)驗(yàn)（圖4a）表明，AFGTs-PEG可以顯著和長(zhǎng)時(shí)間地富集在腫瘤部位。通過(guò)統(tǒng)計(jì)小鼠的體重和腫瘤體積（圖4c-e），表明AFGTs-PEG治療后，小鼠體重沒(méi)有發(fā)生明顯的降低，并且腫瘤的體積最小，表明其優(yōu)異的抗腫瘤性能。通過(guò)腫瘤組織的H&E染色和小鼠生存周期（圖4f和g）表明AFGTs-PEG生物相容性和安全性高，并不會(huì)對(duì)身體造成明顯的損傷。
圖4. 體內(nèi)生物分布和抗腫瘤性能。
基于AFGTs-PEG優(yōu)異的抗腫瘤性能，作者進(jìn)一步探究AFGTs-PEG的抗腫瘤機(jī)理。首先，通過(guò)原位熒光雜交技術(shù)標(biāo)記腫瘤部位的Fn，結(jié)果顯示（圖5a和b）經(jīng)AFGTs-PEG治療后，腫瘤部位的Fn豐度顯著降低。酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)（圖5c-e）也表明體內(nèi)的細(xì)胞因子（IL-1β、TNF-α和IL-6）水平降低至正常水平。腫瘤部位的血管密度（圖5f和g）和sFlt-1表達(dá)（圖5h和i）表明，經(jīng)AFGTs-PEG治療后，sFlt-1大量表達(dá)，腫瘤部位的血管密度顯著降低。
圖5. 重塑體內(nèi)腫瘤炎癥微環(huán)境。
接下來(lái)，研究了AFGTs-PEG對(duì)免疫抑制微環(huán)境（圖6a-d）的改善。結(jié)果表明AFGTs-PEG治療后，M1巨噬細(xì)胞向M2巨噬細(xì)胞的極化被抑制。同時(shí)，CD4+ T細(xì)胞和CD8+ T細(xì)胞的水平顯著升高。
圖6. 重塑體內(nèi)免疫抑制微環(huán)境。
總之，AFGTs-PEG通過(guò)遞送抗菌劑LA和抗血管生成基因sFlt-1，協(xié)同免疫相關(guān)細(xì)胞和基因治療實(shí)現(xiàn)了對(duì)Fn感染CRC的安全高效治療。值得注意的是，與常見(jiàn)的治療策略不同，抗血管生成基因治療是一種新穎的、安全高效的癌癥治療策略。與化療藥物不同，通過(guò)合理的遞送體系設(shè)計(jì)可以對(duì)不同腫瘤實(shí)現(xiàn)有效的抗血管生成基因治療，進(jìn)一步體現(xiàn)了本研究成果在致病菌感染腫瘤治療中的巨大應(yīng)用前景。
天津工業(yè)大學(xué)碩士畢業(yè)生牛家振和教師蘇美慧為該論文的第一作者，高輝教授為通訊作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202402887
