Nature Communications:北大侯仰龙/苏向前团队开发出新型纳米颗粒，有望治疗结直肠癌

研究人员首先评估了CAF对结直肠癌患者生存的影响。通过分析多个数据集，他们发现CAF水平较高始终与患者生存结局较差相关，且与性别无关。之后，他们采用油相热分解法制备了Cu@Fe3O4纳米颗粒（简称NPs），由Cu NPs内核和Fe3O4 NPs外壳组成。体外细胞毒性分析显示，与正常成纤维细胞（NF）相比，CAF对纳米颗粒更敏感，部分原因在于CAF对纳米颗粒的吞噬能力更强。纳米颗粒与808 nm激光照射联用，导致CAF几乎全部死亡。

接下来，研究人员探究了Fe2+和Cu2+在纳米颗粒诱导的细胞死亡机制中发挥何种作用。他们发现，纳米颗粒处理导致细胞内不稳定铁池中的Fe2+水平升高，导致了铁代谢紊乱以诱导铁死亡。同时，纳米颗粒降解得到的Cu2+使铁死亡调控蛋白GPX4表达下降进一步促进了铁死亡。Fe2+螯合剂和Cu2+螯合剂的使用显著减弱了纳米颗粒的细胞毒性，而联合使用产生了累加效应。这些结果表明，经溶酶体摄取后，纳米颗粒提升了细胞内Fe2+和Cu2+水平，同时调节铁代谢和GPX4途径以协同增强铁死亡。

为了评估纳米颗粒对结直肠癌细胞的影响，研究人员从经过或未经纳米颗粒处理的NF和CAF中收集条件培养基，并评估这些培养基对HCT116增殖和迁移潜能的影响。与NF来源的条件培养基相比，CAF来源的条件培养基显著增强了HCT116细胞的增殖、迁移以及上皮-间质转化（EMT）相关标志物的表达。然而，对CAF进行纳米颗粒处理后，这种促肿瘤作用明显被抑制。

于是，研究人员分析了经纳米颗粒处理的CAF的转录组。KEGG分析显示，铁死亡、TNF、NF-ĸB和MAPK等关键信号通路上调，而TGF-β、Wnt和PI3K/Akt等信号通路下调。他们还发现，趋化因子分泌模式发生了转变，其中CCL3等促炎趋化因子显著上调，有助于免疫细胞招募和抗原呈递，而支持结直肠癌细胞增殖和免疫抑制的CXCL12出现了下调。

研究人员接下来建立了与CAF相关的癌症小鼠模型（CT26和BALB/3T3细胞），以探讨纳米颗粒对CAF的免疫调节作用。他们发现，与CAF共培养的结直肠癌细胞的生长速率远快于单独的结直肠癌细胞，而纳米颗粒处理对CT26组和CT26 + BALB/3T3组都具有明显的抑制作用，且CT26 + BALB/3T3组中纳米颗粒的肿瘤抑制效率高于CT26组。

进一步的分析发现，纳米颗粒通过升高CCL3和抑制CXCL12，导致免疫抑制性肿瘤微环境转化为更活跃的状态。同时，纳米颗粒处理上调了树突状细胞表面的共刺激分子CD80和CD86，加速树突状细胞成熟和抗原呈递。在纳米颗粒处理后，尽管CD8+ T细胞数量未发生显著变化，但CD8+ T细胞的活化和功能有了明显改善，具体表现为T-bet和Eomes转录因子表达上调以及IFN-γ，TNF-α，CD107a等因子表达上调。这些结果表明CAF对CD8+ T细胞活化和功能的损害可通过纳米颗粒处理来逆转。

为提高纳米颗粒在体内靶向CAF的效率和特异性，研究人员整合scRNA-seq和亚细胞蛋白定位数据集，以确定最佳的细胞表面靶点。他们在筛选后发现，核仁素（NCL）在CAF和结直肠癌细胞中特异性高表达，而在NF、内皮细胞和巨噬细胞中几乎不表达。适配体AS1411可与细胞表面的核仁素结合。细胞吞噬实验显示，AS1411修饰后的NPs-AS1411被CAF和肿瘤细胞摄取的效率大幅提升，而B细胞、T细胞、内皮细胞和巨噬细胞几乎不吞噬NPs-AS1411。这些结果表明，NPs-AS1411的靶向特异性和生物安全性得到了提高。

研究人员之后采用协同治疗策略（即光热治疗/化学动力学治疗/免疫治疗）来治疗结直肠癌小鼠。与其他五组相比，NPs-AS1411治疗联合808 nm激光照射表现出最理想的抑制效果。各组小鼠的体重、血常规、肝肾功能等无异常，表明这种策略具有良好的体内生物安全性。在六个组中，NPs-AS1411+激光组的树突状细胞表现出CD80和CD86的最高表达，且CD8+ T细胞表现出T-bet和E以及IFN-γ、TNF-α和CD107a的最高表达，这表明纳米颗粒介导了最强烈的免疫应答，并改善了结直肠癌的免疫抑制状态。

为了更准确地评估纳米颗粒对结直肠癌的治疗效果，研究人员使用了一种结直肠癌遗传改造小鼠模型，也就是Apc-KO小鼠模型（由赛业生物提供）。他们发现，NPs或NPs-AS1411均显著减少了肠道肿瘤数量和负荷，增加了结肠长度，并部分恢复了体重，其中NPs-AS1411组的效果更强。免疫组化分析显示，T细胞和树突状细胞浸润增加，表明纳米颗粒（尤其是NPs-AS1411）介导了强烈的免疫激活。

在患者来源异种移植（PDX）模型中，研究人员采用了相同的治疗策略。与预期一致，NPs-AS1411+激光组展现出最强的肿瘤抑制效应，肿瘤几乎完全消退，且小鼠体重不受到影响。为了更贴近临床患者的真实病理环境，他们还建立了类器官模型。他们发现，纳米颗粒对CRC类器官的细胞毒性作用在适配体AS1411靶向和激光照射下进一步增强，而这些处理对正常结肠类器官几乎没有损伤。值得注意的是，无论是否进行激光照射，AS1411的靶向能力都能增加纳米颗粒在肿瘤组织中的富集，进而表现出更强的肿瘤抑制作用。