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背景介绍
癌症转移是导致90%癌症患者死亡的主要原因。尽管靶向化疗和免疫疗法被广泛用于转移性癌症治疗，但转移灶的异质性导致化疗药物靶向效率低，而免疫检查点抑制剂的耐药性也限制了其疗效。上皮-间充质转化（EMT）是肿瘤细胞转移的关键过程，靶向EMT的单一分子通路策略往往效果不佳，因为存在大量代偿机制可重新激活EMT。近年来研究发现，肿瘤细胞内细菌是驱动EMT和肿瘤转移的关键因素，例如结直肠癌和乳腺癌中的具核梭杆菌（F. nucleatum）和木糖葡萄球菌（S. xylosus）等可有效促进肿瘤细胞转移。然而，现有针对细胞内细菌的抗菌策略（如抗生素）面临耐药性、宿主细胞生理屏障（如细菌定植的液泡）以及细胞毒性等问题。因此，开发基于宿主自身生理过程的抗细胞内细菌策略具有重要前景。
研究思路
针对上述挑战，中国海洋大学蒋天泽教授和赵峡教授团队提出了一种自噬增强纳米平台（HSO-OMDs），通过促进肿瘤细胞自噬来有效清除细胞内细菌，从而阻断细菌驱动的EMT和肿瘤转移。该纳米平台由负载二甲双胍衍生物（OM）、二十二碳六烯酸（DHA）和化疗药物奥沙利铂（OXA）的胶束构成，表面修饰透明质酸-硫醚-奥沙利铂（HSO）实现CD44介导的肿瘤靶向。HSO-OMDs通过激活AMPK通路，促进自噬体成熟、自噬体-溶酶体融合以及溶酶体酸化，增强肿瘤细胞自噬流，从而高效清除胞内细菌（F. nucleatum和S. xylosus）。清除细菌后，逆转了由细菌诱导的ICAM-1高表达、E-钙黏蛋白下调、波形蛋白上调及ALDH1阳性肿瘤干细胞形成，从而阻断EMT进程，抑制肿瘤细胞迁移和侵袭。在细胞内细菌感染的结直肠癌和乳腺癌小鼠模型中，HSO-OMDs显著抑制原发肿瘤生长和肺转移，且具有良好的生物安全性。相关内容以“Autophagy-Enhanced Nanoplatforms Eliminate Intracellular Bacteria and Block Bacteria-Driven Epithelial-Mesenchymal Transition for Tumor Metastasis Inhibition”为题，发表在ACS Nano。
图片解析
图1. HSO-OMDs抑制细胞内细菌驱动的肿瘤转移示意图： (A) HSO-OMDs的制备过程。(B) HSO-OMDs通过增强肿瘤细胞自噬清除细胞内细菌，从而抑制EMT和肿瘤细胞转移。
图2. HSO-OMDs的表征： (A) OMDs和HSO-OMDs的粒径分布、z-平均直径和表面ζ电位。(B) OMDs和HSO-OMDs的TEM图像，比例尺100 nm，白色箭头指示HSO结构。(C) OMDs和HSO-OMDs在PBS中4℃下7天内的粒径和PDI变化。(D) HSO-OMDs的荧光强度比（384/373 nm）对浓度对数作图，测定临界胶束浓度（CMC）为4.78 μg/mL。(E) 不同GSH浓度下OXA的释放曲线。(F) 不同H₂O₂浓度下OXA的释放曲线。数据为均值±SD (n=3)。
图3. HSO-OMDs靶向肿瘤组织： (A) FITC标记的F. nucleatum入侵CT26细胞的免疫荧光图像，比例尺25 μm。(B) HSO-OMDs的细胞摄取荧光图像，比例尺20 μm。(C) 流式细胞术分析CT26细胞摄取。(D) 静脉注射游离HSO-OMDs@DiD、H-OMDs@DiD和D-OMDs@DiD后12和24 h的CT26荷瘤小鼠活体成像。(E) 流式细胞术定量分析结果，p<0.01。(F) 主要器官和肿瘤的离体荧光图像。(G) 离体主要器官和肿瘤的平均荧光强度定量，*p<0.001。数据为均值±SD (n=3)。
图4. HSO-OMDs增强自噬水平： (A) 有无3-MA处理下CT26细胞的细胞毒性，p<0.05，p<0.01，p<0.001。(B) TEM分析中细菌与自噬体的共定位，比例尺500 nm，蓝色箭头为F. nucleatum，红色虚线圆圈为自噬体。(C) MDC染色检测自噬体，p<0.001。(D) Western blot分析LC3和p62表达。(E) 肿瘤组织切片中自噬生物标志物LC3的免疫荧光染色，比例尺40 μm。(F) LC3表达的半定量分析，p<0.05。(G) p62表达的半定量分析，p<0.05，p<0.001。(H) LC3免疫荧光染色的半定量分析，p<0.05，p<0.001。(I) 溶酶体酸化的半定量分析，p<0.05，p<0.001。(J) 溶酶体酸化荧光图像，比例尺50 μm。数据为均值±SD (n=3或4)。
图5. HSO-OMDs清除肿瘤细胞内细菌： (A) 体内抗细胞内细菌实验示意图。(B) 体外存活细胞内细菌的代表性图像。(C) 体内存活细胞内细菌的代表性图像。(D) 肿瘤组织切片FISH染色代表性图像，比例尺40 μm。(E) 体外铺板实验的细胞内细菌定量分析，p<0.05，p<0.01，p<0.001。(F) 体内铺板实验的细胞内细菌定量分析。(G) 肿瘤组织切片FISH染色的定量分析，p<0.01，*p<0.001。(H) 增强自噬清除细胞内细菌的机制示意图。数据为均值±SD (n=3或4)。
图6. HSO-OMDs抑制肿瘤细胞EMT： (A) 正常和细菌感染肿瘤细胞表面ICAM-1表达的流式细胞术结果。(B) ICAM-1流式定量，p<0.05，p<0.001。(C) CT26细胞中E-钙黏蛋白和波形蛋白的Western blot分析。(D) E-钙黏蛋白表达的半定量分析，*p<0.05，p<0.01，p<0.001。(E) 肿瘤组织切片中ALDH1的免疫荧光图像，比例尺40 μm。(F) 正常和细菌感染肿瘤细胞的Transwell侵袭实验代表性图像，比例尺100 μm。(G) 波形蛋白表达的半定量分析，p<0.05，p<0.01。(H) ALDH1免疫荧光的半定量分析，p<0.01，p<0.001。(I) Transwell实验定量结果，p<0.05，p<0.01，*p<0.001。数据为均值±SD (n=3或4)。
图7. HSO-OMDs体内治疗效果： (A) 原位乳腺肿瘤小鼠模型治疗示意图。(B) 21天内不同治疗组肿瘤体积变化。(C) 第21天各组肿瘤体积。(D) 第21天各组肿瘤重量，p<0.05，p<0.01，p<0.001。(E) 肺组织代表性H&E染色图像，黑色箭头指示转移结节，比例尺2 mm。(F) 转移结节中F. nucleatum的FISH染色代表性图像，白色箭头示细菌，比例尺2 mm。(G) 肺切片中转移结节数量定量。(H) 肺FISH染色的平均荧光强度定量，p<0.01，*p<0.001。(I) 治疗21天期间小鼠体重变化。数据为均值±SD (n=5)，(→)表示无细菌感染组。
结论
本研究成功构建了一种自噬增强纳米平台HSO-OMDs，通过促进肿瘤细胞自噬清除细胞内细菌，从而阻断细菌驱动的EMT和肿瘤转移。HSO-OMDs通过CD44介导的主动靶向富集于肿瘤组织，实现溶酶体逃逸，并通过激活AMPK通路促进自噬体成熟、自噬体-溶酶体融合及溶酶体酸化，显著增强自噬流。在结直肠癌和乳腺癌的细胞内细菌感染模型中，HSO-OMDs有效清除了F. nucleatum和S. xylosus，逆转了由细菌诱导的ICAM-1上调、E-钙黏蛋白下调、波形蛋白上调和ALDH1阳性肿瘤干细胞形成，从而抑制EMT进程。体内实验显示，HSO-OMDs显著抑制原发肿瘤生长（抑瘤率显著）和肺转移（转移结节数大幅减少），且不引起明显体重下降或主要器官损伤。该策略聚焦于宿主自身自噬过程而非直接靶向细菌，克服了传统抗菌药物面临的耐药性和细胞内递送障碍，为转移性癌症治疗提供了高效、安全且具有临床转化潜力的新方案。
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.6c00894