Bioactive Materials
ATM/PRMT5抑制联合锰离子增强cGAS–STING通路重塑骨肉瘤免疫抑制微环境

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该研究通过骨靶向纳米递送系统同步实现DNA修复抑制与先天免疫激活，为克服骨肉瘤免疫治疗耐药提供了创新策略，尤其启发了针对骨肉瘤的微环境重编程设计。

 

文献概述

本文《Manganese-potentiated cGAS–STING activation with ATM/PRMT5 inhibition remodels the immunosuppressive microenvironment in osteosarcoma via bone-targeted delivery》，发表于《Bioactive Materials》杂志，系统探讨了通过骨靶向纳米颗粒共递送ATM和PRMT5抑制剂并螯合锰离子，以增强cGAS–STING通路激活、重塑骨肉瘤免疫微环境的新机制。研究结合生物信息分析、纳米材料设计与体内药效验证，提出了一种克服骨肉瘤免疫抑制与药物递送障碍的协同治疗策略。

背景知识

骨肉瘤（Osteosarcoma）是一种高度侵袭性原发性骨肿瘤，好发于青少年，尽管手术与化疗联合应用，其5年生存率在转移性患者中仍低于30%。该病的治疗瓶颈在于：首先，骨组织致密的矿化基质构成物理屏障，严重阻碍药物渗透和免疫细胞浸润；其次，骨肉瘤微环境呈现典型的免疫“冷”表型，表现为T细胞浸润不足、抗原呈递缺陷以及MDSC和TAM等免疫抑制细胞富集。

当前靶向cGAS–STING通路的免疫治疗在实体瘤中展现出潜力，但在骨肉瘤中效果有限，原因在于肿瘤细胞高效激活DNA损伤修复（DDR）通路，如ATM和PRMT5，清除胞质dsDNA，从而抑制cGAS感知。此外，系统性递送易导致脱靶毒性，且难以在骨组织蓄积。因此，如何实现骨组织特异性药物递送，并同步阻断DDR通路以放大内源性DNA损伤信号，成为激活STING通路的关键切入点。

本研究基于bulk RNA-seq与TARGET数据库分析，发现ATM与PRMT5在骨肉瘤中共同高表达且功能协同，提示双重抑制可能有效加剧DNA损伤。同时，利用ALN（阿仑膦酸）对羟基磷灰石的高亲和力，构建骨靶向纳米平台，解决了递送难题。更重要的是，引入Mn2+作为cGAS的天然辅因子，进一步放大STING信号，形成“损伤增强+信号增敏”的双重机制，为克服骨肉瘤免疫耐受提供了全新思路。

 

针对骨肉瘤等恶性骨肿瘤的研究，赛业生物提供多种基因编辑小鼠模型（如p53、Rb敲除）及人源化模型，支持肿瘤发生机制、药物靶点验证和药效评价研究。我们提供从模型构建、繁育到表型分析的一站式服务，助力深入解析肿瘤微环境与免疫治疗响应机制，加速抗肿瘤新药的临床前开发。

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研究方法与核心实验

研究团队首先通过bulk RNA-seq分析骨肉瘤与癌旁组织，结合TARGET数据库的Spearman相关性分析，证实ATM与PRMT5在DNA修复通路中正向协同。随后构建了骨靶向、谷胱甘ione（GSH）响应的聚合物纳米颗粒NPALN/Mn-AP，该系统由修饰了ALN的PEG聚合物骨架构成，可特异性结合骨组织。纳米颗粒包载ATM抑制剂（AZD0156）和PRMT5抑制剂（GSK3326595），并通过多巴胺（DA）螯合Mn2+。体外实验证实该系统在模拟肿瘤微环境（pH 6.5 + 10 mM GSH）下可响应释放药物与锰离子。

在细胞层面，使用HOS、K7M2等骨肉瘤细胞系，通过CCK-8、流式细胞术、克隆形成等实验评估细胞活力与凋亡。免疫荧光与Western blot检测γ-H2AX、p-STING、p-TBK1、p-IRF3等标志物，验证DNA损伤与STING通路激活。通过RNA-seq分析不同处理组的转录组变化，GSEA富集分析DNA修复相关通路。此外，利用cGAS敲低细胞系验证通路依赖性，并通过共培养BMDC评估树突状细胞成熟情况。

在动物模型方面，采用BALB/c小鼠建立原位K7M2骨肉瘤模型，通过尾静脉注射Cy7.5标记的纳米颗粒，利用IVIS成像评估体内分布。药效实验中，比较不同治疗组对肿瘤生长的抑制作用，并通过H&E、TUNEL染色评估组织病理变化。ELISA检测血清中IFN-β、IL-6等细胞因子水平，流式分析肿瘤浸润免疫细胞亚群。

关键结论与观点

• 联合抑制ATM与PRMT5可协同加剧DNA双链断裂，导致胞质dsDNA积累，显著激活cGAS–STING通路，表现为p-STING、p-TBK1、p-IRF3表达上调，为后续免疫激活提供“危险信号”
• NPALN/Mn-AP纳米颗粒通过ALN介导的骨靶向作用，在肿瘤部位高效蓄积，其响应性释放特性确保药物在GSH富集的肿瘤细胞内精准释放，显著提升治疗指数
• 螯合的Mn2+作为cGAS的辅激活因子，进一步放大dsDNA诱导的STING信号，增强I型干扰素与促炎因子分泌，促进DC成熟与T细胞活化，实现从“冷”到“热”肿瘤微环境的转化
• 在原位骨肉瘤模型中，NPALN/Mn-AP显著抑制肿瘤生长，延长生存期，且与αPD-1联用可进一步增强抗肿瘤疗效，表明其具备联合免疫治疗的潜力
• 该纳米平台具有良好生物安全性，未引起显著肝肾毒性或体重下降，优于传统化疗药物CisPt，支持其进一步临床转化

研究意义与展望

该研究为骨肉瘤的免疫治疗提供了全新的纳米医学策略，其“骨靶向递送+DDR抑制+Mn2+增强STING”三联机制，精准解决了递送效率低、免疫原性弱和微环境抑制三大临床难题。这一设计思路可拓展至其他骨转移性肿瘤，如乳腺癌骨转移或前列腺癌骨转移，具有广泛的应用前景。

从药物开发角度看，该研究强调了组合靶向ATM与PRMT5的协同效应，提示双药共递送系统在克服耐药中的优势。同时，利用内源性金属离子（如Mn2+）作为免疫佐剂，为开发新型STING激动剂提供了新方向。未来可探索该平台搭载其他免疫调节剂或CAR-T细胞治疗，进一步提升疗效。

在疾病建模方面，该研究建立的原位骨肉瘤模型更真实地模拟了临床病理特征，尤其是骨基质对药物递送的影响，为评估骨靶向制剂提供了可靠平台。结合单细胞测序技术，可进一步解析治疗后肿瘤微环境的动态重塑过程，识别新的生物标志物或治疗靶点。

 

为支持骨肉瘤免疫治疗研究，赛业生物提供免疫系统人源化小鼠模型（如huHSC-C-NKG-ProF），可重建人类T、B、NK及髓系细胞，适用于评估PD-1/PD-L1等免疫检查点抑制剂的体内疗效。结合原位肿瘤模型与精细化给药方案，可实现更贴近临床的药效评价，助力转化医学研究。

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结语

本研究开发的骨靶向纳米平台NPALN/Mn-AP通过协同抑制ATM与PRMT5加剧DNA损伤，并利用锰离子增强cGAS–STING通路激活，有效重塑骨肉瘤免疫抑制微环境。该策略不仅克服了传统治疗中药物递送难与免疫响应弱的双重障碍，还在原位模型中展现出显著抗肿瘤效果与良好安全性。从实验室到临床，这一“损伤-感知-响应”级联激活机制为骨肉瘤患者提供了全新的治疗范式，尤其为免疫冷肿瘤的干预提供了可复制的纳米医学模板。未来，该平台有望与检查点抑制剂联合应用于临床试验，成为改善骨肉瘤患者预后的重要基石，推动精准免疫治疗向实体瘤骨转移领域延伸。

 

Zhaochen Tong, Yuezhan Li, Lingpu Zhang, Jinsong Li, and Shijie Chen. Manganese-potentiated cGAS–STING activation with ATM/PRMT5 inhibition remodels the immunosuppressive microenvironment in osteosarcoma via bone-targeted delivery. Bioactive Materials.