通过激活ZBP1实现的纳米反应器介导的细胞凋亡可增强非小细胞肺癌患者的免疫疗法效果

《Biomaterials Advances》：Nanoreactor-Enabled PANoptosis via ZBP1 Activation Potentiates Immunotherapy in Non-Small Cell Lung Cancer

　　肿瘤免疫微环境重建与促凋亡协同增强非小细胞肺癌治疗疗效，通过设计Bi@SiO2@COP@AQ4N&PTX复合纳米反应器BSCAPM，整合光热/光动力/化疗作用及SiO2介导的线粒体功能障碍，诱导PANoptosis并激活ZBP1依赖的免疫应答，有效抑制肿瘤生长和转移。

　　

徐德瑞|徐彤|张云香|苏彦军|侯新苗|崔雅婷|刘倩|刘玲霞|周晓涛|徐海旭|金兴华|李西川

中国天津市天津师范大学生命科学学院动物与植物抗性重点实验室

摘要

肿瘤免疫微环境的重建和调控性细胞死亡的促进在免疫抑制型非小细胞肺癌（NSCLC）的治疗中具有协同增效作用。PANoptosis是一种新发现的免疫源性细胞死亡形式，它结合了焦亡、凋亡和坏死的关键分子成分，通过损伤相关分子模式（DAMP）介导的免疫激活产生强大的抗肿瘤免疫效应。然而，诱导PANoptosis的策略尚未得到充分研究，这限制了其治疗潜力的发挥。在本研究中，我们设计了一种多功能纳米反应器（Bi@SiO₂@COP@AQ4N&PTX@混合膜，简称BSCAPM），通过整合光热、光动力、化疗和SiO₂介导的生物效应来诱导PANoptosis。该纳米反应器以铋基核心实现光热功能，同时结合SiO₂层和载药共价有机聚合物（COP）纳米平台，共同破坏线粒体稳态。此外，这些生物活性纳米粒子还能协同递送紫杉醇和酚基蒽醌，从而破坏核DNA的超螺旋结构，引发严重的线粒体应激，最终导致PANoptosome的形成和ZBP1依赖的PANoptosis。体外和体内实验表明，BSCAPM能有效靶向肿瘤部位，诱导ZBP1依赖的PANoptosis，并引发强烈的免疫反应，从而增强肿瘤清除和抑制肺转移。本研究不仅阐明了BSCAPM诱导PANoptosis的机制基础，还为NSCLC的精准治疗提供了新的策略。

引言

肺癌是全球最常见的癌症之一，具有高发病率和死亡率[1],[2]。NSCLC是肺癌的主要病理亚型，占所有病例的80%至85%[3],[4]。在NSCLC的肿瘤微环境（TME）中，多种机制共同驱动肿瘤细胞的增殖和转移，包括替代信号通路的激活以及下游细胞死亡信号级联的失活[5]。鉴于NSCLC的固有异质性，免疫疗法和协同组合疗法的开发已成为临床研究和治疗策略的重点[6]。目前，抗癌药物的临床疗效不仅取决于其直接的细胞抑制/细胞毒性作用，还取决于肿瘤特异性免疫反应的重新激活。在这种情况下，免疫源性细胞死亡（ICD）作为一种有前景的NSCLC治疗范式被提出[7]。ICD是一种特殊的调控性细胞死亡形式，它不仅能够消除肿瘤细胞，还能通过释放DAMPs（如分泌的ATP、内质网应激诱导的calreticulin（CRT）表面暴露以及高迁移率盒1（HMGB1）的细胞外迁移）来增强免疫原性[8]。这些免疫刺激信号增强了死亡肿瘤细胞的免疫原性，促进了树突状细胞（DC）介导的抗原呈递，并最终激活了细胞毒性T细胞反应。

PANoptosis这一新兴概念为开发更有效的免疫刺激策略提供了有希望的途径[9]。PANoptosis是一种整合了焦亡、凋亡和坏死的协调性细胞死亡途径，被认为是促进癌细胞释放肿瘤相关抗原、诱导ICD和引发强大抗肿瘤免疫反应的最有效方法之一[10]。这一过程是由caspases和受体相互作用蛋白激酶（RIPKs）的激活驱动的炎症性、裂解性细胞死亡途径，并由PANoptosome复合物（包括ZBP1-, AIM2-, RIPK1-和NLRP12-PANoptosomes）调控[11]。尽管PANoptosis表现出显著的抗肿瘤效果，但能够触发这一过程的具体诱导剂仍大多未知。因此，开发针对PANoptosis途径的治疗剂是一种增强协同癌症免疫疗法的有前景策略。

为了触发PANoptosis，我们设计了一种可编程的仿生纳米反应器Bi@SiO₂@COP@混合膜，其中Bi核心作为光热材料[12]，SiO₂层用于破坏线粒体功能，COP层用于光动力和药物递送，外层为仿生膜（图1）。在此基础上，利用肿瘤微环境的特性和PDT增强的缺氧环境，将经典化疗药物紫杉醇（PTX）[13]和缺氧激活的抗癌前体药物banoxantrone（AQ4N）[14]共同加载到COP中。随后通过将红细胞膜与肺癌细胞膜融合制备出混合膜，并将其涂覆在纳米反应器上。这种仿生膜涂层的纳米反应器表现出优异的生物相容性、增强的靶向能力和长循环特性以及免疫逃逸能力，从而便于将其递送到肿瘤部位[15],[16]。我们将其命名为BSCAPM。

在本研究中，我们系统地研究了BSCAPM的抗肿瘤潜力，并证明了其诱导PANoptosis的显著能力。治疗剂、活性氧（ROS）的产生和ZBP1的激活之间的协同作用协调了多方面的抗癌反应。从机制上看，AQ4通过抑制TOP-2α破坏了DNA的超螺旋结构，促进了Z-DNA的形成。纳米粒子介导的mtDNA释放和Z-DNA的形成显著激活了ZBP1依赖的PANoptosis途径，最终通过持续而强烈的免疫反应实现了全面的肿瘤清除。在体内实验中，该纳米反应器在皮下和原位肿瘤模型中均表现出有效的抗肿瘤和抗转移效果。总体而言，这项工作将仿生纳米技术、纳米技术和生物工程结合在一起，为精准肿瘤学开辟了新的范式。

部分摘要

BSCAPM的制备与表征

首先，使用丙烷-1,2-二醇作为溶剂，通过化学还原方法合成了Bi纳米粒子，并以morpholine borane和葡萄糖作为还原剂[17]。随后，利用St?ber反应将Bi纳米粒子封装在二氧化硅壳中[18]。然后采用双配体辅助封装策略，通过分子间相互作用将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙烯亚胺（PEI）附着在二氧化硅表面[19]。最后得到Bi@SiO₂

结论

本研究构建了一种靶向PANoptosis诱导的仿生纳米反应器BSCAPM，为NSCLC的治疗提供了一种新的联合疗法策略。该平台通过光热、光动力和化学动力作用的时空协同效应触发ZBP1依赖的PANoptosis，这一复杂过程为实现全面的肿瘤杀伤和激活强烈的免疫反应提供了充分的蛋白质基础。从机制上看，BSCAPM通过

材料

所有未特别指定的试剂均为分析纯级别，且未经进一步纯化即可使用。五水合硝酸铋（Bi(NO₃)₃·5H₂O）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP，分子量约58000）购自上海阿拉丁生化科技有限公司；1,2-丙二醇（PDD）购自天津富宇精细化工有限公司；四乙基正硅酸盐（TEOS，99%）、氢氧化铵（NH₄OH，28.0-30.0% NH₃）和1,3-二苯异苯并呋喃（DPBF，97%）购自

CRediT作者贡献声明

徐海旭：资金获取、概念构思。金兴华：撰写 – 审稿与编辑、概念构思。徐德瑞：撰写 – 审稿与编辑、软件使用、方法学设计。李西川：撰写 – 初稿撰写、资金获取、概念构思。徐彤：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 初稿撰写、资金获取。张云香：撰写 – 审稿与编辑、方法学设计。苏彦军：撰写 – 审稿与编辑、资金获取。侯新苗：数据可视化。崔雅婷：

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

竞争利益声明

? 作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。