肿瘤细胞的自修复机制，例如热休克蛋白（HSP）应激性上调等，严重影响现有抗肿瘤疗法的治疗效果。目前主要使用小分子抑制剂解除肿瘤细胞的自修复机制，然而其临床应用受限于脱靶毒性、肿瘤抑制效果有限等问题。因此，如何开发选择性解除肿瘤细胞自修复机制的策略，安全高效地放大肿瘤协同治疗效果成为当前研究的热点与难点。
近年来，18新利体育 放射医学与辐射防护国家重点实验室陈华兵教授团队围绕肿瘤光治疗及其协同效应开展了一系列研究（Adv Mater,2021, 33, 2004225; Adv Mater, 2021, 33, 2100795; J Control Release, 2022, 350, 761;Adv Mater, 2023, 35, 2210201）。在上述研究基础上，团队近期与药学院孙晓辉副教授等合作，发现TRPV1离子通道阻断策略能有效抑制光热应激条件下肿瘤细胞的钙离子内流，进而通过热休克因子1（HSF1）调控HSP70、TGFβ等，从而解除肿瘤细胞的自修复作用，有效增敏肿瘤光热治疗及其免疫协同治疗效应，显著提升了难治性肿瘤如胰腺癌等的抑瘤效应。该工作以题为“Nanoparticle-mediated TRPV1 channel blockade amplifies cancer thermo-immunotherapy via heat shock factor 1 modulation”发表于Nat Commun，国重室陈华兵教授、杨涛教授与药学院孙晓辉副教授为共同通讯作者。
该研究首先构建了TRPV1离子通道敲低的A549肿瘤细胞模型（A549-TRPV1 KD），对TRPV1离子通道调控钙离子内流、HSF1细胞核转运以及HSP70表达的机制进行验证（图1A）。光热治疗可诱导钙离子大量内流，阻断或敲低TRPV1离子通道后钙离子内流明显降低（图1B），显著抑制热效应诱导的HSF1细胞核转运（图1C），进而选择性抑制应激性HSP70的表达（图1D），解除了其对肿瘤细胞的保护作用。阻断或敲低TRPV1离子通道后，光热治疗实现了更为高效的A549肿瘤的消融作用（图1E）。
图1 TRPV1离子通道阻断对肿瘤光热治疗的增敏机制及抗肿瘤作用。（A）TRPV1离子通道阻断策略增敏热疗示意图；（B）A549-WT和A549-TRPV1 KD细胞的钙离子荧光染色图；（C）A549-WT和A549-TRPV1 KD细胞的HSF1荧光染色图；（D）A549-WT和A549-TRPV1 KD细胞的HSP70荧光染色图；（E）CuS-NCs在A549-WT和A549-TRPV1 KD皮下荷瘤小鼠模型中的肿瘤生长抑制曲线。
在此基础上，进一步构建了吲哚菁绿、TRPV1阻断剂共递送的聚合物胶束（IS-Micelles，42.8 nm，图2A）。该聚合物胶束在结肠癌模型、大肿瘤模型（250-300 mm3）以及原位肿瘤模型中均表现出显著的抗肿瘤作用（图2B-D）。此外，IS-Micelles治疗组对正常组织的HSP70表达没有明显影响，而作为对照的HSP70分子靶向药物则诱导了正常组织HSP70水平的下调（图2E）。此外，IS-Micelles治疗组对心、肝以及肾功能指标等没有显著影响（图2F），明显优于HSP70分子靶向药物，这提示TRPV1离子通道阻断策略具有良好的体内安全性。
图2 载吲哚菁绿、TRPV1阻断剂的聚合物胶束（IS-Micelles）抗肿瘤效应及初步安全性评价。（A）IS-Micelles电镜图及结构示意图；（B）HCT-116肿瘤模型抑瘤曲线；（C）HCT-116大肿瘤模型（250-300 mm3）抑瘤曲线；（D）HCT-116原位肿瘤模型生物发光图；（E）正常组织HSP70表达统计图；（F）心、肝、肾功能生化指标检测统计图。
同时，还发现IS-Micelles具有明显的肿瘤细胞外基质调控功能。其介导的光热治疗及TRPV1离子通道阻断功能显著抑制胰腺癌组织中TGFβ1的表达（图3A），使肿瘤部位的成纤维细胞比例下调（图3B），肿瘤细胞外基质的纤维化水平降低（图3C），从而有助于aPD-L1抗体在PANC02胰腺癌中的瘤内浸润（图3D、E）。上述结果表明，IS-Micelles有望与免疫检查点阻断疗法产生协同治疗作用。
图3 IS-Micelles对胰腺癌组织纤维化水平的影响。（A）PANC02肿瘤TGFβ1荧光染色图；（B）PANC02肿瘤α-SMA荧光染色图；（C）PANC02肿瘤Masson染色图；（D、E）aPD-L1抗体肿瘤浸润荧光图片及荧光强度统计。
抑瘤实验证实，IS-Micelles与aPD-L1抗体组合治疗时显著抑制了PANC02原位胰腺癌肿瘤模型的生长（图4A），并有效延长了荷瘤小鼠的生存周期（图4B）。同时，这种组合治疗策略可下调髓源抑制性细胞比例（图4C），诱导M2型巨噬细胞极化为M1表型（图4D），促进树突状细胞成熟（图4E），提升细胞毒性T细胞和自然杀伤性细胞的肿瘤浸润比例（图4F、G），从而重塑肿瘤免疫微环境，实现了高效的热免疫协同治疗。
图4 IS-Micelles与免疫检查点抑制剂组合对原位胰腺癌模型的协同抑瘤作用。（A）PANC02原位肿瘤模型的生物发光图；（B）PANC02原位肿瘤模型小鼠的生存曲线；（C-G）PANC02原位肿瘤模型中MDSC（C）、M1/M2（D）、成熟DC（E）、细胞毒性T细胞（F）以及自然杀伤性细胞（G）的比例统计;（H）TRPV1离子通道阻断策略增敏肿瘤热免疫协同治疗的示意图。
上述结果表明，基于纳米粒的TRPV1离子通道阻断策略可有效解除肿瘤自修复机制，并通过调控肿瘤微环境及免疫抑制微环境高效增敏肿瘤热免疫治疗。该工作揭示了离子通道在调控肿瘤细胞自修复机制中的关键调控作用，为恶性肿瘤治疗提供了一种安全、高效的增敏新方法。
论文信息：Nat Commun, 2023, 14, 2498. DOI: 10.1038/s41467-023-38128-x。