以下文章来源于精准药物递送 ，作者shine
大家好，今天给大家分享一篇发表在《(Journal of the American Chemical Society》上的文章“Smart Lipid Nanoparticle that Remodels Tumor Microenvironment for Activatable H2S Gas and Photodynamic Immunotherapy”（IF = 15.0）。
1．简介
肿瘤微环境(TME)具有低pH、缺氧、血流差、血管通透性高度不均匀、细胞外基质(ECM)致密、间质液压力（IFP）高和免疫抑制等特点，给癌症治疗带来了巨大障碍。使用气体递质[例如一氧化碳(CO)、一氧化氮(NO)]的气体疗法已显示出有望通过调节TME来提高抗肿瘤效果，例如改善肿瘤血流、诱导血管正常化，并克服缺氧。除了NO和CO之外，第三种气体信号分子H2S也有助于维持生物学的稳态。人们认识到内源性H2S对血管舒张，血管生成，细胞保护和抗炎发挥其生理作用，过量的H2S可以抑制肿瘤的生长。据报道，许多H2S供体释放H2S用于H2S气体治疗；然而，精确控制H2S供体释放足够量的H2S以发挥抗肿瘤（而非细胞保护和抗炎）作用是具有挑战性的。此外，过量的H2S为何具有抗肿瘤作用仍存在争议。
在此，该团队报道了一种肿瘤靶向和酸响应的“智能”脂质纳米颗粒（1-JK-PS-FA），用于肿瘤的可激活H2S 气体和光动力免疫治疗。在弱酸性条件（pH 4.5–5.5）下，可以触发1-JK-PS-FA快速释放高浓度的H2S（∼131μM，<10分钟），从而快速降低1-JK-PS-FA内嵌入的电致变色材料，从而激活近红外荧光（FL）和光动力疗法（PDT）活性。H2S的爆发释放可以通过降低肿瘤IFP、改善血管通透性和促进血管生成来精细重塑TME，这不仅增强了1-JK-PS-FA 渗透到实体瘤组织中以增加肿瘤摄取，同时增加肿瘤氧以改善肿瘤缺氧。此外，过量的H2S会引发炎症反应并降低免疫抑制性TME。这与PDT触发的免疫原性细胞死亡（ICD）效应相结合，可以引发强大的抗肿瘤免疫，以有效根除原位乳腺肿瘤并防止肺转移。
2. 结果与讨论
作者为了直接在肿瘤中递送和释放H2S，将1-JK-PS-FA设计为包含酸响应性有机H2S供体(JK-2）。在内腔中，H2S可还原发色团(12+(BF4–)2)，加上脂质双层内的NIR PS (NIR775)，以及表面上的叶酸受体(FR)层。（图a）
图1. JK-PS-FA的总体设计和拟议的作用机制。
如图2a所示，1-JK-PS-FA被制备为单分散脂质纳米颗粒，平均流体动力学直径为117±4nm。由于12+(BF4–)2的存在，1-JK-PS-FA在 500 至 850 nm 之间表现出强的可见光近红外吸收，而在 780 nm处表现出弱的近红外 FL （图2b）。在不同 pH 条件（5.0、6.8 和 7.4）下孵育后，1 -JK-PS-FA 的 NIR 吸收随着 pH 值的降低而下降；在 pH 5.0 下孵育 10 分钟后，687 nm 处的12+(BF4–)2吸收几乎消失（图2c-e）。因此，1-JK-PS-FA在 777 nm处的 NIR FL在 pH 5.0 时急剧开启 180 倍，比 pH 6.8 或 7.4 时的更深（图2f-h）。1 -JK-PS-FA 的单线态氧 (1O2) 生成能力在 pH 5.0 时也显著激活，而不是在 pH 7.4 时（图2i,j）。这些结果支持这样的观点：在酸性pH（4.5和5.0）下，1-JK-PS-FA可以被负载的JK-2释放的H2S激活，并且过量的H2S可以分泌到周围环境中。
图2.溶液中1-JK-PS-FA的表征。
1 -JK-PS-FA/R6G 可以轻松进入 HeLa 和 4T1 细胞，但不能进入 FR 缺陷的人胚肾 HEK293 细胞，从而在溶酶体中提供强 FL（图 3） a、b )。与不含 FA 的1 -JK-PS/R6G 或1 -JK-PS-FA/R6G 加游离 FA 一起孵育后，HeLa 和 4T1 细胞中仅出现微弱的细胞内 FL 。1 -JK-PS-FA/R6G 还产生比不含 JK-2 的1 -PS-FA/R6G 更亮的溶酶体 FL。当使用氯化铵（NH4Cl）增加溶酶体pH以防止1 -JK-PS-FA/R6G分泌H2S时，溶酶体FL显著降低（图3a）。探讨肿瘤细胞中1 -JK-PS-FA释放的过量H2S是否可以调节血管内皮状况，血管内皮细胞中调节血管内皮细胞的三种主要蛋白VE-cadherin、claudin-5和鬼笔环肽的表达内皮血管通透性）。首先使用 Transwell 系统进行检查（图 3 c）。免疫荧光染色显示，HUVEC（下室培养）中 VE-cadherin 和claudin-5 表达显著丢失和破坏（图3d）。1 -JK-PS-FA分泌的过量 H2S 可以有效促进血管生成，因为相对于1 -PS ，当 HeLa 细胞用1 -JK-PS-FA处理时，HUVEC 中形成了更多的管状结构。（图3e、f）。此外，1 -JK-PS-FA在抑制4T1肿瘤细胞迁移和侵袭方面也比1 -PS-FA更有效（图3 g，h），并且可以促进巨噬细胞分泌促炎细胞因子（例如TNF-a和IL-6) (图 3i )。综上所述，这些结果表明1 -JK-PS-FA可以增强血管通透性，促进血管生成，防止肿瘤细胞转移，并通过在肿瘤细胞中释放过量的H2S来引发炎症反应。
图3.细胞中1-JK-PS-FA的检查。
图4a显示，在静脉内注射1 -JK-PS-FA后12小时，肿瘤FL逐渐增加并达到最大。1 -JK-PS-FA 处理的肿瘤在 24 小时时的 FL 强度分别比1 -JK-PS 处理和1 -PS-FA 处理的肿瘤强约 1.98 倍和 2.88 倍（图 4b）。落射荧光成像证实，与1 -PS-FA/R6G 相比，1 -JK-PS-FA/R6G 在肿瘤组织中产生显著更高且分布更广泛的 FL（图 4c）。此外，生物分布分析表明，肿瘤中1 -JK-PS-FA的% ID/g (8.34 ± 2.04%) 明显比1 -PS-FA (4.93 ± 0.36%，图 1 ) 高约 1.7 倍。4d）。这些结果表明，与1 -PS-FA相比，1 -JK-PS-FA更有效地渗透到肿瘤组织并激活其NIR FL以进行肿瘤成像。1 -JK-PS-FA 可以在 12 小时时将肿瘤 IFP 从 8.06 ± 1.13 显著降低至 4.77 ± 0.86 mmHg（图 4 e），并增强 EB 外渗到肿瘤组织中（图 4 f） 。此外，1 -JK-PS-FA 可以明显降低肿瘤组织中 VE-cadherin 和 claudin-5 的表达（图 4 g），与培养的 HUVEC 中的一致（图 3 d），支持1 -JK-的良好能力。PS-FA（不是1 -PS-FA）增强血管通透性（图4f）。T 1加权MRI显示，与1 -PS-Gd-FA相比，1-JK- PS -Gd-FA可以在肿瘤中产生更亮的MR对比度（图4h，i）。我们进一步发现1 -JK-PS-FA 可以增加肿瘤的氧气，如氧敏感的基于 Ir 的磷光探针所证明的那样(49)(图4j ,k)，允许改善肿瘤缺氧(图4l)。
图4. sc HeLa 肿瘤的 FL 成像和1 -JK-PS-FA 的 TME 调节。
1 -JK-PS-FA（或1 -JK-PS-FA/R6G）能更有效地渗透到原位 4T1 肿瘤中，并比1 -PS-FA 发射显著更高的肿瘤 FL（图5a、b)；4T1 肿瘤中1 -JK-PS-FA的 % ID/g (9.59 ± 2.23%) 比1 -PS-FA 观察到的% ID/g (4.85 ± 0.41%，图 5 c)高约 2.0 倍。在成像结果的指导下，使用1 -JK-PS-FA对原位4T1/Luc肿瘤进行H2S气体和光动力免疫治疗（图5d）。单独的1 -JK-PS-FA可以显著延缓肿瘤生长并延长生存率（图 5 e-g）。1 -JK-PS-FA +光在预防肺转移方面也更有效（图 5 i–k）。
图5. 原位4T1肿瘤的H2S气体、PDT和免疫疗法相结合。
肿瘤脉管系统的免疫荧光染色显示1 -JK-PS-FA/R6G 处理的小鼠肿瘤组织中血管密度显著高于1 -PS-FA/R6G 处理的小鼠，表明1 -JK-PS-FA 可以有效增强血管生成在肿瘤中（图6a）。肿瘤相关巨噬细胞的免疫荧光染色显示，1 -JK-PS-FA（不是1 -PS-FA）本身可以明显地将肿瘤支持性M2样巨噬细胞重新教育为杀伤性M1样巨噬细胞（图6b）。与单独使用 1 -JK-PS-FA 或1 -PS -FA + 光相比， 1 -JK -PS-FA + 光可以引发更深远的 ICD 效应（图 6 c-e）。1 -JK-PS-FA 本身也能显著上调血浆中的 IL-6、TNF-α 和 IFN-γ，1 -JK-PS-FA + 光可进一步促进这些促炎细胞因子的分泌（图 6f，g)，表明H2S和PDT对诱导炎症反应有协同作用。
图6. 1-JK-PS-FA的抗肿瘤免疫研究。
3. 结论
综合来说，该研究报道了一种负载小分子H2S供体的“智能”脂质纳米颗粒（ 1 -JK-PS-FA），它主动进入肿瘤细胞并在弱酸性TME下快速释放过量的H 2 S，从而能够执行按需H2S气体和肿瘤光动力免疫治疗。其中，1 -JK-PS-FA分泌的高浓度H2S可以通过促进血管生成、降低肿瘤IFP、增强血管通透性、缓解肿瘤缺氧和逆转免疫抑制来重编程TME，从而增强肿瘤对1 - JK-PS-FA的摄取。JK-PS-FA 和用于 H2S 气体治疗的 CTL 浸润。此外， 1 -JK-PS-FA内产生的H2S可以有效地开启PDT活性，并在肿瘤光动力免疫治疗中产生强大的ICD效应。结果表明，1 -JK-PS-FA 可以根除皮下 HeLa 肿瘤，并且在 808 nm 激光照射下的小鼠原位 4T1 肿瘤可有效防止肿瘤转移并延长生存率。总体而言，这项研究强调了过量的H2S 重新编程 TME 以提高 PDT 对肿瘤的疗效的潜力。这种 H2S 促进的 TME 调节效应可潜在地用于增强其他抗肿瘤药物（例如小分子、抗体、蛋白质和纳米颗粒）向肿瘤的递送，以进行H2S气体和化疗或免疫疗法的联合治疗，这可能会克服 TME障碍并增强肿瘤对治疗的总体反应。
【文章链接】
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c11328
【DOI号】
10.1021/jacs.3c11328
转自：“NANO学术”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
