纳米光催化研究前沿（Adv.Mater.）

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*本文首发于“纳米酶Nanozymes”公众号，2022年3月12日

*编辑：俞纪元

文章简介

研究发现，免疫细胞的A2AR表达与组织氧水平呈负相关，并且可以通过类过氧化氢酶纳米催化剂刺激内源性H2O2自主供氧；同时，作为外部刺激，近红外光(NIR)辐射 可以通过光热转化所产生的温度的提高以加速Pt纳米催化剂催化H2O2到O2的反应，从而产生更多氧气。本文作者将产氧外壳（模拟过氧化氢酶的Pt纳米催化剂）和光热核心（聚多巴胺，PDA）经过合理设计，研究出一种光调制纳米催化剂，解决了A2AR介导的免疫抑制问题，提高了抗肿瘤 T 细胞免疫力。

示意图：光调制纳米催化剂 (Pt-PDA)抑制 A2A 腺苷受体途径以促进 ICB 治疗

研究内容

本研究合成的光调制纳米催化剂 (Pt-PDA) 具有抑制A2AR介导的免疫抑制的效果，能提高抗肿瘤 T 细胞免疫力。具体的实验内容如下：

首先，从癌症基因组图谱（TCGA）乳腺癌数据集中收集了A2AR相关基因的表达改变（图1a）。然后，通过将 Pt 纳米颗粒原位还原到具有固有还原能力的PDA上，TEM（图1b）、XPS（图1c）、SEM（图1d）测试结果显示成功合成了Pt-PDA纳米颗粒。

然后通过记录水溶液中的温度变化来评估所获得的 Pt-PDA 纳米粒子的光热特性（图1e）。经 808 nm 激光照射后，Pt-PDA 和 PDA 溶液的温度均迅速升高至约55 °C，并且温度变化随着 Pt-PDA 浓度的升高而增加。为了进一步研究Pt-PDA的类过氧化氢酶活性，作者使用溶解氧电极测定了生成的O2的量（图1f-h）。添加H2O2后，Pt-PDA溶液的产氧量随着反应时间的延长而增加，在600 s时达到13.94 mg mL-1 。相比之下，PDA 溶液产生的氧气几乎没有变化（图1g）。更重要的是，Pt-PDA 产生的O在光辐照后增加了 1.2 倍，表明Pt-PDA 具有光增强活性（图 1h）。

图1 Pt-PDA 的表征。a)乳腺癌基因转录组；b) TEM 图像；c) XPS能谱；d) SEM图像；e) 808nm 光辐照的热图像。f)示意图。g，h）Pt-PDA的内在过氧化氢酶样活性（g）和光增强过氧化氢酶样活性（h）。

后面进行了一系列性能测试实验及评估：Pt-PDA纳米粒子的光增强类过氧化氢酶活性和光热性能的体外探索；光调制纳米反应器诱导的 A2AR 抑制和免疫系统激活的演示；Pt-PDA 介导的 A2AR 抑制的抗肿瘤和抗转移作用的评估；Pt-PDA 介导的 A2AR 抑制诱导的免疫原性 TME 的评估；Pt-PDA 综合 ICB 抗肿瘤免疫反应的体内评估。

图2 Pt-PDA PD-1 阻断剂的治疗效果。a)双侧肿瘤的治疗性免疫示意图；b，c）荷瘤小鼠的原发性（b）和远处（c）肿瘤生长曲线；d)治疗后肿瘤细胞群中 CD8 T 细胞的百分比；e)肿瘤复发和再攻击的治疗性免疫的示意图；f)治疗后复发肿瘤的肿瘤生长曲线；g)术后治疗后荷瘤小鼠的存活曲线；h) 效应记忆 T 细胞的统计分析；i) 第 60 天分离的小鼠血清中的 IFN-γ 水平；j, k)再次用 4T1 细胞攻击后经各种治疗后小鼠的肿瘤生长曲线（j）和存活曲线（k）。

在Pt-PDA综合ICB抗肿瘤免疫反应的体内评估中，采用双侧4T1肿瘤模型来研究Pt-PDA集成PD-1阻断剂的协同肿瘤抑制效率（图2a）。Balb/c 小鼠原位接种 4T1 肿瘤，然后将第二个肿瘤接种到另一侧并定义为远端肿瘤。在对原发性肿瘤进行局部治疗后，监测原发性和远端肿瘤的生长（图2b，c）。Pt-PDA NIR 治疗减缓了未治疗的远端肿瘤的急剧生长，从而显示 CTL 浸润到远端肿瘤中。此外，在这些抗 PD-1 (aPD-1) 治疗的小鼠中，额外的光照射 Pt-PDA 治疗表现出最显著的肿瘤抑制作用，表明 Pt-PDA 介导的 A2AR 抑制可以明显增强免疫对 aPD-1 的反应。

为了研究这些治疗引发的全身免疫反应，收集原发性和远端肿瘤以分析免疫细胞的肿瘤浸润情况。在这些 aPD-1 处理组中，Pt-PDA NIR处理的小鼠表现出比 PDA NIR 组更高的CD8 T细胞浸润。这种现象是由于肿瘤微环境乏氧的改善，它通过减轻免疫抑制来增强免疫反应（图2d）。

此外，理想的癌症治疗还应该能够防止肿瘤复发。作者建立了一个复发型乳腺癌模型，以评估 Pt-PDA 集成的 PD-1 阻断剂的免疫记忆效应。在实验的前两周，荷瘤小鼠像往常一样接受治疗，然后通过手术几乎将全部肿瘤切除并定义为复发型肿瘤（图2e）。与 PDA NIR aPD-1 治疗相比，全身给药的 Pt-PDA NIR aPD-1 可以减少复发性肿瘤生长，而单独的 aPD-1 治疗显示出可忽略不计的治疗效果（图2f）。此外，80% 的小鼠在服用Pt-PDA和aPD-1后，表现出显著的抗肿瘤能力，并且存活了长达60 天（图2g）。此外，Pt-PDA NIR aPD-1组小鼠血清中IFN-γ的分泌明显增加，表明免疫记忆反应有效激活（图2i）。此外，免疫记忆在保护身体免受肿瘤细胞的二次入侵方面也起着至关重要的作用。因此，在 Pt-PDA NIR aPD-1 组中，存活 60 天的小鼠再次接受肿瘤细胞攻击并监测肿瘤体积变化。小鼠的肿瘤生长明显慢于相应的对照组（图2j）。在没有任何额外治疗的情况下，20% 的小鼠完全抑制了再次攻击的肿瘤生长至少 120 天（图 2k）。

总结

在这项研究中，作者开发了一种具有光调制纳米催化剂的肿瘤特异性 A2AR 抑制策略，从而增强抗肿瘤免疫。制备的Pt-PDA 可以通过肿瘤特异性刺激的氧气产生来逆转 A2AR 介导的免疫抑制，并通过光照射触发 免疫原性死亡，从而引发有效和完成的抗癌过程。此外，Pt-PDA能明显增加荷瘤小鼠存活率并防止肿瘤生长、转移和复发。因此，该项研究制备出的Pt-PDA可以以安全、可靠和有效的方式使肿瘤对免疫治疗更加敏感，具有广阔的临床应用前景。

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编辑：王嘉正