新型多模态纳米药物通过增敏铁死亡和重塑肿瘤微环境促进膀胱癌免疫治疗疗效

研究背景

膀胱癌是泌尿系最常见恶性肿瘤之一，免疫治疗已成为晚期膀胱癌患者的主要治疗方案之一。然而临床数据显示该疗法仅对 20-45% 的患者有效，因此迫切需要开发新的联合治疗策略以提升疗效。传统治疗策略多通过诱导肿瘤细胞凋亡发挥抗肿瘤作用，但受限于肿瘤细胞复杂的抗凋亡机制，常导致治疗耐药。近年研究发现，靶向程序性细胞死亡新形式——铁死亡，通过 Fe²⁺ 介导的芬顿反应促进脂质过氧化物累积，产生致死性脂质自由基，该机制独立于细胞凋亡相关机制，为治疗增敏提供新策略。尽管铁死亡诱导剂 （Ferroptosis Inducers，FINs）联合免疫治疗展现出协同增效潜力，但由于药代动力学特性导致的肿瘤部位药物蓄积不足，限制了其进一步进入临床的应用。然而，如何将FINs更有效的递送到肿瘤部位以发挥更好疗效并增敏免疫治疗仍待进一步探索。

为实现 FINs 的肿瘤靶向递送，本研究基于多酚类物质通过其酚羟基与 Fe²⁺产生强配位，在肿瘤酸性微环境响应性解离，同时可调节肿瘤微环境活性氧（ROS）水平增强免疫应答的特性，从中筛选纳米载体构建材料进行纳米药物的构建。

研究进展

基于文献报道的抗肿瘤多酚类物质，研究人员通过细胞毒性实验对六种候选化合物与铁死亡诱导剂 RSL3 的协同效应。发现表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）在人鼠膀胱癌细胞系中均表现出最佳的铁死亡增敏作用，且对正常尿路上皮无明显影响。作者进一步将其与亚铁离子（Fe²⁺）和铁死亡诱导剂RSL3通过快速纳米复合技术构建了新型纳米药物Fe-EGCG@RSL3，并进行多方面表征实验证实了其成功构建与RSL3的负载，进一步验证了Fe-EGCG@RSL3可进入膀胱癌细胞并以pH依赖方式分解释放Fe²⁺。综上表明，作者成功构建并表征了新型纳米药物Fe-EGCG@RSL3，并验证其pH响应效应与药物递送能力。

接下来，作者验证了在等效低剂量 RSL3下， Fe-EGCG@RSL3 能够显著诱导过氧化脂质和活性氧（ROS）生成，进而促进膀胱癌细胞发生铁死亡。此外，该纳米药物对正常尿路上皮细胞表现出极低的毒性，安全性良好。未组装成纳米系统的Fe²⁺和EGCG物理混合物诱导铁死亡的效应显著弱于Fe-EGCG@RSL3，证实纳米载体的结构完整性是实现药物协同效应的关键。进一步在更贴近临床的患者/小鼠来源类器官中验证了 Fe-EGCG@RSL3 对膀胱癌组织的杀伤能力。因此，纳米药物Fe-EGCG@RSL3 通过诱导铁死亡特异性杀伤膀胱癌细胞，且纳米组装结构是其发挥协同增效作用的必要条件。

为探究Fe-EGCG@RSL3诱导膀胱癌细胞铁死亡的作用机制，作者使用Fe-EGCG@RSL3处理肿瘤细胞系并进行了转录组测序。Fe-EGCG@RSL3 处理后引发肿瘤细胞显著基因表达差异，GSEA富集分析提示铁死亡驱动相关基因集与免疫调控相关信号通路基因集在 Fe-EGCG@RSL3 处理组明显富集。Fe-EGCG@RSL3 可能通过协同调控PTGS2、ATF3、HMOX1、CHAC1在内的铁死亡关键基因诱导细胞死亡。综上，Fe-EGCG@RSL3 在转录水平调控膀胱癌细胞铁死亡关键基因表达并展现潜在的免疫调节作用。

团队首先在免疫健全小鼠膀胱癌皮下瘤模型及人PBMC免疫重建的免疫缺陷小鼠皮下瘤模型中验证 Fe-EGCG@RSL3的尾静脉给药能有效在肿瘤中富集，并且其单药疗效与抗 PD-1 单抗相当，二者联用后肿瘤体积较单药组进一步缩小，提示显著协同作用。肿瘤组织 4-HNE 免疫组化检测直观反映Fe-EGCG@RSL3和联合治疗组肿瘤发生更显著的铁死亡。且全身给药未表现出对正常组织器官的毒性。因此，Fe-EGCG@RSL3 在经静脉全身给药时可通过诱导铁死亡的方式杀伤膀胱癌，并增强免疫治疗疗效。

膀胱作为下尿路器官具有易于局部给药的特点，作者在免疫健全小鼠原位膀胱癌模型中验证Fe-EGCG@RSL3膀胱灌注治疗的效果。Fe-EGCG@RSL3 单药灌注延缓肿瘤生长，与抗 PD-1 单抗联用后肿瘤生长明显受限，且延长了小鼠的生存时间，提示显著协同作用。以上结果表明，Fe-EGCG@RSL3 具有多种有效的给药方式，并均可促进免疫治疗疗效。

作者收集小鼠肿瘤组织进行单细胞测序深入解析 Fe-EGCG@RSL3 对肿瘤免疫微环境的影响。研究发现纳米药-PD1单抗联合治疗组中 T_CD8_Lef1（幼稚型）比例显著下降，而 T_CD8_Gzmk（效应记忆型）比例上升，提示纳米药物促进幼稚 T 细胞向效应记忆态转化。体外实验表明Fe-EGCG@RSL3也能促进CD8⁺ T细胞介导的肿瘤细胞杀伤作用。以上结果表明，Fe-EGCG@RSL3可能通过促进幼稚 CD8⁺ T 细胞向效应及效应记忆 CD8⁺ T 细胞亚群分化，从而增强它们的抗肿瘤功能。

作者进一步对髓系细胞进行了单细胞亚群功能分析。M2样Folr2+巨噬细胞在联合治疗组显著降低，并且中性粒细胞亚群比例也显著减少。Fe-EGCG@RSL3 可能通过降低M2免疫抑制型巨噬细胞与中性粒细胞浸润比例，发挥促肿瘤免疫效果。

未来展望

本研究开发的 Fe-EGCG@RSL3 纳米药物通过靶向肿瘤组织高效递送RSL3并协同诱导肿瘤铁死亡。该药物兼具靶向性、低毒性、系统性重塑肿瘤微环境及多重给药方式的优势，为膀胱癌临床转化提供了创新型“铁死亡 - 免疫治疗”联合策略，有望为膀胱癌免疫治疗增敏提供新方法。

来源：https://doi.org/10.34133/research.0735