癌症免疫疗法通过利用免疫系统靶向并清除癌细胞，为肿瘤治疗带来了革命性变革。在各类免疫激活策略中，放疗因其能有效诱导免疫原性细胞死亡（ICD）而备受关注。尽管前景广阔，但放射-免疫疗法的临床疗效，尤其在响应率和持久性方面，仍未达理想水平。这很大程度上归因于肿瘤放射抵抗和免疫抑制性肿瘤微环境（TME）等挑战。通常情况下，乏氧作为实体肿瘤的重要特征，不仅会显著削弱放疗诱导的DNA损伤及ICD效应，而且会抑制效应T细胞增殖和活性，同时招募调节性T细胞等免疫抑制细胞。此外，肿瘤细胞可以通过激活内在自噬通路清除受损细胞器，从而逃避放疗诱导的细胞死亡，进一步削弱ICD效应。更重要的是，过度的自噬会降解代谢酶，从而加剧肿瘤乏氧状态，形成自我强化的乏氧-自噬恶性循环，使免疫抑制性TME持续存在。这种乏氧-自噬-免疫抑制轴严重限制了放射-免疫疗法的治疗效果。

近日，中国医学科学院放射医学研究所黄帆研究员、刘鉴峰研究员团队与天津医科大学张展展副教授合作，开发了一种超分子工程化免疫调节器（HCC4A），通过重编程肿瘤微环境，显著增强了抗体非依赖性放射-免疫治疗效果。该调节器以天然过氧化氢酶（CAT）为核心骨架，其表面通过环氧-胺偶联化学反应工程化修饰了多个超分子大环磺化偶氮杯[4]芳烃（SAC4A），并利用主-客体相互作用将自噬抑制剂羟氯喹（HCQ）封装在SAC4A的空腔中。在该策略中，超分子大环化合物 SAC4A 的上缘引入了偶氮苯磺酸基团，不仅能与 HCQ 发生盐桥相互作用，而且扩大了超分子大环的空腔尺寸，从而增加相互作用界面并提高对 HCQ 的结合亲和力。值得注意的是，SAC4A 在 CAT 表面的偶联修饰可起到稳定作用，保护 CAT 免受血液中蛋白酶降解作用的影响，同时不损害其固有的催化活性。当 HCC4A 到达乏氧的肿瘤微环境后，其内部的 CAT 会催化过氧化氢（H₂O₂）分解为氧气（O₂），进而缓解肿瘤乏氧状态。该反应可提升放疗诱导的细胞内活性氧（ROS）水平，从而加剧DNA损伤并促进肿瘤细胞的ICD。与此同时，肿瘤细胞中过表达的偶氮还原酶可通过酶解作用使 SAC4A 的偶氮键断裂，触发包载的 HCQ 可控释放，以阻断自噬过程。最终，这种超分子工程化免疫调节器通过将M2型肿瘤相关巨噬细胞复极化为M1表型、逆转调节性T细胞介导的免疫抑制和促进树突状细胞的成熟，实现了对免疫抑制性肿瘤微环境的重塑。这些作用共同增加了细胞毒性 T 细胞的浸润，并显著提升了放射-免疫治疗的疗效。与传统的鸡尾酒疗法不同，这种超分子平台能够实现对多种免疫调节因素的综合调控。同时其模块化设计可灵活适配各种广泛的治疗性蛋白和药物，为增强抗体非依赖性的放射-免疫治疗效果和推进耐药恶性肿瘤组合疗法的发展提供了多功能平台（图1）。

图1.超分子工程化免疫调节器（HCC4A）通过调控乏氧-自噬-免疫抑制肿瘤微环境，增强抗体非依赖性放射-免疫疗法疗效的示意图。

研究人员首先合成了具有磺酸偶氮苯修饰的杯[4]芳烃（SAC4A），这种结构上的改进扩大并加深了超分子大环化合物的空腔，从而显著增强了其与药物分子的结合亲和力，并且赋予了其偶氮还原酶响应性。随后，利用1-溴-2,3-环氧丙烷活化SAC4A的酚羟基，再通过环氧-胺偶联反应将其与天然CAT进行共价连接，形成CAT-SAC4A复合物。表征结果显示，每个CAT分子平均可连接5个SAC4A分子，复合物呈均匀球形形貌，并在血清中可保持长期稳定性。该复合物对自噬抑制剂HCQ展现出极高的负载能力，且能有效防止血液循环中的药物泄漏。更重要的是，在模拟肿瘤微环境的偶氮还原酶条件下，HCC4A可实现HCQ的快速释放。最令人惊喜的是，修饰后的CAT仍保持90%以上的催化活性，能高效分解H₂O₂产生O₂，且SAC4A修饰显著增强了CAT抵抗蛋白酶降解的能力。这些优异特性为HCC4A在体内实现协同免疫调控奠定了坚实基础（图2）。

图2.HCC4A基本理化性质的表征

随后，研究验证了HCC4A在细胞水平的高效递送与协同调控功能。实验结果表明，SAC4A壳层可通过与细胞表面氨基酸相互作用，显著增强CAT的细胞内化效率。细胞内高表达的偶氮还原酶可触发SAC4A中偶氮键断裂，实现HCQ的可控释放。细胞活性测试实验证实CAT-SAC4A及HCC4A在20 μM内无显著细胞毒性。在功能方面，HCC4A能有效缓解肿瘤细胞乏氧，显著降低胞内乏氧标志物HIF-1α的表达；同时通过碱化溶酶体阻断自噬流，表现为自噬关键蛋白Beclin-1和Atg5下调、LC3-II/I比率升高及p62积累。生物电镜结果进一步显示HCC4A联合放疗可显著减少自噬溶酶体数量。这些发现充分证明了HCC4A作为一种多功能纳米平台，在同步调控肿瘤乏氧和自噬进而增强抗肿瘤方面具有巨大潜力（图3）。

图3.HCC4A缓解4T1肿瘤细胞乏氧并抑制其自噬

随后，研究人员评估了HCC4A在增强放射治疗中的作用及其机制。结果表明，HCC4A可显著增强放疗诱导的细胞内活性氧（ROS）水平，并有效促进DNA双链断裂（标志物γ-H2AX荧光显著增强）。克隆形成实验显示，与不同的对照组相比，HCC4A联合放疗组抑制肿瘤细胞存活的能力最强。此外，生物电镜观察发现该处理可引起严重的线粒体损伤。凋亡实验进一步证实，HCC4A联合放疗可使细胞凋亡率提升，显著高于单纯放疗组，表明该策略通过放大ROS生成与DNA损伤，有效促进了放疗引发的肿瘤细胞凋亡（图4）。

图4.HCC4A的体外抗肿瘤功效

进一步，研究深入探讨了HCC4A联合放疗引发的ICD效应及激活抗肿瘤免疫的机制。结果表明，HCC4A联合放疗处理可显著诱导ICD典型标志物的表达，进而有效促进了树突状细胞的成熟，效果远高于其他对照组。进一步的转录组测序分析发现，HCC4A联合放疗明显改变了4T1细胞的基因表达谱，差异基因显著富集于关键免疫和应激相关通路，包括“吞噬体”、“PI3K-Akt信号通路”和“抗原处理与呈递”等。同时，与“乏氧反应”“自噬调节”及“T细胞介导的细胞毒性的正向调控”等相关的基因也明显富集。这些结果从分子水平证实，HCC4A可通过缓解肿瘤乏氧和抑制自噬，协同增强抗原的加工呈递并促进免疫反应的激活（图5）。

图5.HCC4A介导的ICD效应及多通路信号变化

本研究在4T1荷瘤小鼠模型中评估了HCC4A的体内抗肿瘤效果及安全性。体内分布实验表明，HCC4A能有效富集于肿瘤部位，且靶向能力优于未修饰的CAT。治疗效果显示，HCC4A联合放疗可显著抑制肿瘤生长，效果远优于各单独治疗组及CAT-SAC4A联合放疗组，并有效延长小鼠生存期。同时，治疗过程中未观察到明显的体重下降或主要器官病理损伤，血液指标均在正常范围内，表明HCC4A具有良好的生物相容性和系统性安全。进一步的机制验证显示，HCC4A治疗组肿瘤中缺氧标志物HIF-1α表达显著降低，自噬标志物p62明显上调，同时DNA损伤信号（γ-H2AX）和细胞凋亡水平大幅提升（图6）。

图6.HCC4A在皮下4T1肿瘤模型中的治疗效果

最后，研究深入探讨了HCC4A联合放疗调控肿瘤免疫微环境的作用机制。流式细胞术分析表明，HCC4A联合放疗可显著降低肿瘤内免疫抑制性Treg细胞比例，并减少免疫抑制因子IL-10的表达，有效逆转肿瘤微环境的免疫抑制状态。同时，该治疗组显著促进了树突状细胞（DC）在淋巴结中的成熟，并增强了细胞毒性T淋巴细胞（CTL）和M1型巨噬细胞在肿瘤组织中的浸润，脾脏中的效应记忆T细胞比例也明显上升。细胞因子检测进一步显示，HCC4A联合放疗可诱导更高水平促炎因子如TNF-α、IFN-γ和IL-6的分泌。这些结果共同表明，HCC4A通过协同缓解肿瘤乏氧和抑制自噬，成功将肿瘤微环境由免疫抑制状态重编程为免疫激活状态，从而显著增强放疗诱导的抗肿瘤免疫应答（图7）。

图7.HCC4A介导的肿瘤微环境免疫调节机制

该研究以“Supramolecular-Engineered Immune Modulator Orchestrates Tumor Microenvironment Reprogramming for Antibody-Independent Radio-Immunotherapy”为题发表在Advanced Functional Materials上。中国医学科学院放射医学研究所黄帆研究员、刘鉴峰研究员、苏林竹助理研究员、天津医科大学张展展副教授为论文共同通讯作者。中国医学科学院放射医学研究所研究生赵静雨、天津医科大学研究生柯勇为论文共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、天津市自然科学基金、中国医学科学院医学与健康科技创新工程等项目资助。

参考文献：

Supramolecular-Engineered Immune Modulator Orchestrates Tumor Microenvironment Reprogramming for Antibody-Independent Radio-Immunotherapy

Jingyu Zhao^#, Yong Ke^#, Xiaoxue Hou, Jiayu Zhang, Han Gui, Shuangxiu Li, Yan Shao, Yuanhao Wu, Meng Xiao, Yuanyuan Jiang, Linzhu Su*, Zhanzhan Zhang*, Jianfeng Liu* and Fan Huang*

原文链接：

http://doi.org/10.1002/adfm.202517681

Tags： 中国医学科学院黄帆、刘鉴峰/天津医科大学张展展合作《AFM》：超分子工程化免疫调节器重塑肿瘤微环境用于抗体非依赖性放射-免疫治疗