蜂毒肽纳米水凝胶靶向抗衰老并重塑免疫微环境治疗恶性胸腔积液的作用研究

There is still a lack of effective and safe local chemotherapy treatment strategy for malignant pleural effusion (MPE). Studies have confirmed the presence of large numbers of M2 macrophages (M2φ) in mouse MPE, however, conventional chemotherapy cannot effectively remove M2φ. We also found that repeated chemotherapy can induce the production of senescence tumor cells, which then lead to chemotherapy resistance in MPE through the senescence associated secretory phenotype (SASP). Previously, we have created a biocompatible melittin-based peptide hydrogel (MR), which can effectively kill tumor cells after loading of chemotherapeutic drugs, effectively eliminate M2φ, and activate immune cells. However, it still cannot effectively remove senescent tumor cells. To address this issue, we plan to design an MR hydrogel loaded with methotrexate (MTX) and a senescent cell-targeting peptide TPFOXO4. This study aims to realize the sustained release of Melittin and MTX, which can synergistically kill tumor cells in MPE; targeted elimination of the senescent tumor cells through sustained release TPFOXO4; potent clearance of M2φ, in order to improve the immune suppressive microenvironment; activation of the anti-tumor specific immune responses. Taking advantages of the combinational strategies of slow release hydrogel materials, anti-senescence, immune immunomodulation and synergistic chemotherapy, the project provides an innovative treatment approach for local chemotherapy of MPE, and has important significance for medical translation.

恶性胸腔积液（MPE）尚缺乏有效安全的局部化疗手段。研究证实小鼠MPE中存在大量免疫抑制性巨噬细胞（M2φ），而常规化疗无法有效清除M2φ；我们发现反复化疗能导致MPE中肿瘤细胞衰老，进而通过衰老相关分泌表型引起化疗抵抗。我们前期自主研制了具有良好生物相容性的蜂毒肽（Melittin）水凝胶，其负载化疗药物后能高效杀灭肿瘤细胞，有效剔除M2φ并激活免疫细胞，但仍无法高效作用于衰老肿瘤细胞。为此我们拟制备一种能同时负载甲氨蝶呤（MTX）和靶向衰老细胞多肽TPFOXO4的纳米水凝胶，以期实现：①缓释Melittin和MTX协同杀伤MPE肿瘤细胞；②缓释TPFOXO4靶向剔除衰老肿瘤细胞；③高效剔除M2φ，改善免疫抑制性微环境；④激活抗肿瘤免疫。本项目创新性地结合了生物缓释材料、抗衰老、免疫调节，以及协同化疗等策略，可为MPE的局部化疗提供创新治疗手段，具有重要转化医学意义。

恶性胸腔积液（MPE）尚缺乏有效安全的局部治疗手段。研究证实小鼠MPE中存在大量免疫抑制性巨噬细胞（M2φ），而常规化疗无法有效清除M2φ。我们前期自主研制了具有良好生物相容性的蜂毒肽（Melittin）水凝胶，其负载化疗药物后能高效杀灭肿瘤细胞，有效剔除M2φ并激活免疫细胞，但仍无法高效作用于MPE。基于此，1）我们研制了多种可治疗恶性胸腹水的新型蜂毒肽水凝胶载体平台，可负载各种免疫调节剂高效重塑M2φ，提高机体的抗免疫应答；2）首次发现了靶向CAMKII和USP7具有直接的肿瘤杀伤活性和巨噬细胞重编程能力，阐明了其在调控巨噬细胞中的机制和作用。发现次氯酸或放射处理的肿瘤超滤液具有较强的体外免疫调节功能，据此利用新型蜂毒肽水凝胶负载CAMKII抑制剂或超滤液可实现恶性胸腹水的高效治疗；3）发现经辐照的肿瘤细胞所分泌的微颗粒是介导放射旁观者效应的主要成分，可通过导致铁死亡直接杀伤肿瘤细胞，并可重塑M2φ。据此，原创性地提出了间接放疗新概念，扩大了放疗的适应症，联合PD-1治疗可治愈约40%的恶性胸水小鼠，该成果有望进入临床试验；4）在衰老研究方面，探究了放疗诱导的衰老样肿瘤相关成纤维细胞对非小细胞肺癌的作用及对放射敏感性的影响，发现放射诱导衰老样肿瘤相关CAF可促进NSCLC增殖及放射抵抗，靶向干扰FOXO4/p53结合的多肽可清除衰老CAF减轻放射性肺纤维化；5）本研究首次利用放疗后肿瘤细胞膜构建了新型仿生纳米疫苗，并证明其可以诱导抗原交叉呈递重塑免疫活化状态，可高效预防和治疗肿瘤。为目前肿瘤个体化疫苗制备方案的优化提供新思路，尤其是为恶性胸水的个体化疫苗制备提供了基础。总结，此研究不仅可为新型水凝胶缓释复合物用于临床转化提供实验依据，提供了一种极具转化潜力的恶性胸水治疗策略，而且对促进纳米科学与临床医学的学术交叉合作具有重要意义。