黑色素瘤中的MHC-I膜包裹型Cu@铁氢氧化物可诱导铁死亡（ferroptosis）/铜死亡（cuproptosis），并激发针对肿瘤的系统性免疫反应

《Journal of Controlled Release》：Melanoma MHC-I-membrane-encapsulated Cu@ferrihydrite induces ferroptosis/cuproptosis and systematic immunity against tumor

　　蓝光通过NF-κB-SUSD6信号轴上调黑色素瘤细胞MHC-I表达，协同诱导铁死亡/铜死亡，形成MHC-I富集的纳米颗粒M-Cu@Fh。体内实验证实该策略可激活树突状细胞和T细胞，抑制原位肿瘤生长并预防肺转移。

　　

杨荣|邓芳青|高子博|李旭|黄甫帅奇|田青|王浩宇|刘慧芳|王学静|陈瑶|杨迎春|程根阳|张连兵

西北工业大学生命科学学院，中国陕西西安，710072

摘要

主要组织相容性复合体I（MHC-I）在增强癌症免疫原性和免疫识别方面具有显著潜力。本文报道了一种创新的治疗策略，该策略将蓝光调控的MHC-I表达与蓝光诱导的铁死亡（ferroptosis）和铜死亡（cuproptosis）协同结合。蓝光通过调节NF-κB-SUSD6信号通路促进了小鼠黑色素瘤细胞中的MHC-I表达。随后，利用富含MHC-I的黑色素瘤细胞膜包裹光响应性的Cu@铁氢氧化物（Cu@Fh）纳米颗粒，形成了M-Cu@Fh。MHC-I促进了树突状细胞（DCs）的成熟以及CD8⁺/CD4⁺ T细胞的活化。在蓝光照射下，M-Cu@Fh通过可控释放Fe/Cu离子触发了氧化应激和同时发生的铁死亡/铜死亡。体内实验表明，蓝光与M-Cu@Fh的结合将“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤，通过氧化损伤抑制了原位黑色素瘤的生长，并增强了免疫原性。此外，淋巴器官（淋巴结和脾脏）及肺部的DCs和CD8⁺/CD4⁺ T细胞的系统激活具有预防远处转移的效果。本研究阐明了MHC-I在黑色素瘤细胞中的光调控机制，并提出了一种将蓝光驱动的光免疫疗法（PIT）与蓝光激活的光动力疗法（PDT）相结合的创新策略，用于黑色素瘤的治疗和转移预防。

引言

在癌症免疫原性和免疫识别领域，已有大量研究的目标，主要是主要组织相容性复合体I/T细胞受体（MHC-I/TCR）和程序性细胞死亡1/配体1（PD-1/PD-L1）[[1], [2], [3]]。作为癌细胞与T细胞之间免疫识别的分子基础，MHC-I的表达至关重要，因为它控制着免疫监视的启动阶段[4,5]。MHC-I分子在肿瘤细胞表面呈现肿瘤相关抗原（TAAs），供TCR识别，这是激活T细胞介导的抗肿瘤反应的前提[6,7]。TCR特异性识别MHC-I-抗原复合物后，T细胞会经历活化、增殖和细胞毒性效应功能。相比之下，PD-1和PD-L1在癌细胞与T细胞之间的免疫反应效应阶段发挥作用，减轻肿瘤对T细胞的免疫抑制效应[[8], [9], [10]]。这种基于增强的免疫调控机制从根本上依赖于完整的MHC-I和TCR功能。值得注意的是，在肿瘤MHC-I表达不足的情况下，PD-1/PD-L1的抑制不足以激活T细胞反应[11,12]。我们之前的研究发现，蓝光可以调节小鼠黑色素瘤B16-F10细胞中的MHC-I表达[13]，这表明蓝光有可能促进免疫细胞与肿瘤细胞之间的免疫识别抑制。然而，蓝光对MHC-I的具体调控机制尚未明确。

蓝光调节癌细胞线粒体电子传输链中的细胞色素c氧化酶，从而影响ATP合成和线粒体中活性氧（ROS）的生成。这进一步影响细胞内的氧化还原相关信号通路，如核因子κB（NF-κB）[[14], [15], [16]]。我们之前的研究表明，蓝光激活的NF-κB信号通路和蓝光引发的细胞内Fe²⁺从铁氢氧化物（Fh）纳米颗粒中的释放增强了黑色素瘤中的铁死亡[13,14,17]。除了铁死亡，铜死亡是一种新型的铜依赖性抗癌策略，它通过触发二氢脂酰胺S-乙酰转移酶（DLAT）和Fe-S簇蛋白的异常寡聚化来破坏线粒体完整性，最终扰乱三羧酸（TCA）循环[18,19]。越来越多的证据表明，基于Fe/Cu的纳米材料通过铁死亡和铜死亡在癌细胞中产生细胞毒性[[20], [21], [22]]。

基于之前的研究结果，我们首次报道了蓝光通过NF-κB-SUSD6信号通路上调MHC-I表达并增强了黑色素瘤的免疫原性。我们开发了一种创新的蓝光激活纳米平台——黑色素瘤MHC-I细胞膜包裹的载铜铁氢氧化物（M-Cu@Fh），用于结合光免疫疗法（PIT）和光动力疗法（PDT）。细胞实验表明，M-Cu@Fh通过MHC-I促进了DCs的成熟和免疫细胞因子的分泌，并通过可控释放Fe²⁺和Cu²⁺同时诱导了黑色素瘤细胞中的铁死亡和铜死亡。在小鼠实验中，结合蓝光和M-Cu@Fh处理后，观察到成熟DCs的浸润增加、CD8⁺/CD4⁺ T细胞的活化以及黑色素瘤组织的铁死亡/铜死亡增强（图1）。此外，在黑色素瘤细胞尾静脉注射的癌症再挑战模型中，M-Cu@Fh处理的小鼠在淋巴结、脾脏和肺部表现出显著增强的DCs和CD8⁺/CD4⁺ T细胞招募，从而完全抑制了肺部转移。这些发现表明，M-Cu@Fh可以协同铁死亡/铜死亡与MHC-I激活的免疫疗法。蓝光和M-Cu@Fh治疗有可能作为一种创新的联合疗法，抑制癌症生长并预防癌症转移和复发。

章节片段

细胞培养

小鼠黑色素瘤细胞系（B16-F10, CL-0319）购自Procell。当使用RPMI 1640基础培养基（C11875500BT, Gibco）培养B16-F10细胞时，向培养基中添加10%胎牛血清（FBS-12A, Capricorn Scientific）和1%青霉素-链霉素溶液（100 U/mL青霉素，100 μg/mL链霉素，PB180120, Procell）。在开始蓝光照射时，将培养基更换为不含酚红的RPMI 1640培养基（PM150119, Procell）。

蓝光通过上调小鼠黑色素瘤细胞上的MHC-I增强免疫激活

蓝光对肿瘤细胞的生物调控作用不仅激活了细胞内的光芬顿反应以增强氧化应激，还调节信号转导通路以增强机体的免疫反应[13,14,17]。因此，本研究试图阐明蓝光调控MHC-I表达的具体机制，并展示了MHC-I对癌症免疫治疗的促进作用。

结论

在这项研究中，我们阐明了蓝光通过NF-κB-SUSD6信号通路调控MHC-I表达的详细机制。通过利用这一信号通路，我们成功增强了黑色素瘤细胞的免疫原性，使它们更容易被免疫系统识别和细胞毒性清除。此外，我们设计了一种创新的M-Cu@Fh纳米颗粒，该颗粒由富含MHC-I的黑色素瘤细胞膜包裹，能够将光免疫疗法（PIT）与

CRediT作者贡献声明

杨荣：撰写——原始草稿、方法学、研究、概念构思。邓芳青：方法学、研究。高子博：软件、方法学。李旭：方法学、研究。黄甫帅奇：软件、方法学。田青：方法学、研究。王浩宇：方法学、研究。刘慧芳：方法学、研究。王学静：方法学、研究。陈瑶：方法学、研究。杨迎春：监督、方法学、资金获取。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（31971315）和中国博士后科学基金（2024M754229）的支持。