王钦阳团队Adv. Sci.：非病毒体系的仿生溶瘤系统

肿瘤治疗是全球性难题。从19世纪开始，溶瘤（Oncolysis）就被认为是一种有前景的肿瘤治疗方法，溶瘤的一般性原理是促进肿瘤细胞进行裂解性细胞死亡。20世纪90年代，重组病毒改造技术逐渐成熟，因此，基于病毒的溶瘤系统（oncolytic virus，OVs）获得了显著的发展。至今，全球共获批上市5款溶瘤病毒产品，分别是赛百诺的今又生、Latima的Rigvir、三维生物的安科瑞、安进的Imlygic以及第一三共的Delytact。此外，全球还有60多种溶瘤病毒处于临床试验阶段。有趣的是，直到今日，溶瘤病毒的市场营收却十分平常。其全球销售额很低，2023年仅仅达到0.6亿美元。这还不及罗氏的一款“单抗药物”——抗HER2阳性肿瘤的赫赛汀在10年前的营收（2012年60亿美元）。

造成OVs的尴尬局面的原因可能主要是因为基于病毒的溶瘤系统总是面临肿瘤特异性不足、疗效不显著、生产和运输困难等关键问题。但是，随着基于CAR-T、免疫检查点抑制剂等抗肿瘤免疫疗法的井喷式发展，又有预测指出可激活免疫响应的溶瘤疗法的市场前景巨大。另外，值得注意的是，基于病毒的溶瘤产品的同质化日趋严重，并在“卷病毒的道路上”表现地坚定不移且越走越远，这也导致了溶瘤赛道上“如火如荼”的病毒竞争，仅2023年就有17种基于各种病毒的溶瘤系统在中国开展临床试验。因此，探索和开发面向临床的非病毒型溶瘤系统具有明显的科学意义和转化前景。

基于这些观察，王钦阳团队开发了多种非病毒体系的仿生溶瘤系统，并取得很好的预临床效果 ^[1-4]。近日，他们在Advanced Science 期刊上报道了新型仿生溶瘤系统介导的抗肿瘤免疫研究 ^[4]，这也是王钦阳团队在半年内独立报道的第三种非病毒体系的仿生溶瘤系统。

图1. AMD结构示意图。图片来源：Adv. Sci. ^[4]

该团队的溶瘤系统AMD（artificial membrane disruptor）是对他们之前报道的T细胞仿生溶瘤系统 (TIO和BIK) 的进一步创新和理性改造 ^[2-3]。与它们相比，AMD在结构上最大的亮点是该团队首次尝试将起到溶瘤功能的化学原件放置在仿生系统的外表面。虽然，在研究工作的前期，该团队担心表面修饰策略有可能降低AMD识别肿瘤细胞的能力，并有弱化AMD靶向肿瘤组织的能力的风险，但是，实验结果提示表面修饰对AMD的仿生识别能力几乎没有影响。

AMD可以模拟T细胞攻击癌细胞的方式，通过抗原识别靶向在癌细胞表面，从而将经典的光敏剂（Ce6）插入在癌细胞膜上（位阻作用导致Ce6的分布被限定在细胞浆膜上，而不进入细胞内标记细胞器的膜）。这种浆膜特异性强化了基于光控不饱和脂肪酸过氧化介导的浆膜崩解。因此，在红光下，AMD溶瘤系统导致不可逆的且表型单一的裂解性细胞死亡（lytic cell death）。

与该团队2023年在Nature Communications ^[2] 上报到的铁死亡（ferroptosis）型溶瘤系统TIO相比，构成AMD的所有成份都为天然来源的或FDA批准的，无任何人工合成的纳米颗粒参与，这使得AMD更具进一步转化的潜力。此外，AMD的构建过程相当简单，仅通过简单的混合和洗涤就可大量制备。最后，AMD的可塑性强并可长期保存。

图2. CD8+ T细胞或TIOs介导的溶瘤。图片来源：Nat. Commun. ^[2]

AMD+LIGHT介导的裂解性细胞死亡表现地十分强烈和快速，几乎不能被膜靶向抗氧化剂（试剂盒推荐剂量）、caspase抑制剂、坏死抑制剂等抑制。因此，AMD+LIGHT介导的细胞死亡似乎不属于任何一种已知的裂解性细胞死亡方式。但是，这恰恰提供了一种杀死已产生抗药性的肿瘤细胞的方式，也可为杀死高度分化的肿瘤细胞提供新的途径。此外，催化量的AMD可在连续的LIGHT处理下持续裂解肿瘤细胞，显示出类似于T细胞的催化杀伤能力。

值得注意的是，虽然该团队无法将AMD引发的细胞死亡进行明确的死亡类型归类（如焦亡、铁死亡等）。但他们证明了AMD引发的裂解性细胞死亡具有免疫原性细胞死亡的特征。因此，在治疗荷瘤小鼠时，可以观察到显著的肿瘤特异性炎症上调。

AMD可以选择性地靶向和浸润肿瘤组织，并在光刺激下，以肿瘤特异性方式溶瘤。肿瘤特异性对通过ICD来诱导抗肿瘤免疫极其重要，不具备肿瘤特异性的ICD将会引发一场“免疫灾难”（可参考新冠病毒导致的免疫风暴）。

AMD介导的溶瘤可以激活抗肿瘤免疫响应，具体表现为局部炎症诱导的T细胞浸润和活化。将AMD介导的溶瘤与Anti-PD-1疗法结合，可清除小鼠三阴乳腺癌皮下瘤（4T1 tumour)。在该免疫响应的过程中检测到DCs的成熟，因此，荷瘤小鼠产生了获得性免疫，这抑制了肿瘤的复发和转移。

但是，相较于该团队2023年在Nature Communications 上报到的铁死亡型溶瘤 ^[2]，2023年在Advanced Materials ^[3] 以及2020年在邵峰院士指导下发表的Nature ^[1] 上报道的焦亡溶瘤，AMD的免疫激活程度较弱，这可能是因为AMD+LIGHT介导的细胞膜裂解过于快速，而不依赖于任何死亡通路。这使得细胞内caspase等介导炎性通路激活的酶的活化程度较低，从而导致细胞裂解过程中释放的炎性因子（如IL-1等）仍处于自抑制状态。这也提示不依赖细胞死亡通路的溶瘤途径具有独特的免疫学特性值得进一步研究。当然，通过改进AMD从而在溶瘤过程中带来更多的免疫学反应也是该团队未来的工作方向之一。

参考文献

1. Wang, Q^#., Wang, Y^#., Ding, J., Wang, C., Zhou, X., Gao, W., Huang, H., Shao, F*., Liu, Z*. A bioorthogonal system reveals antitumour immune function of pyroptosis. Nature 579, 421–426 (2020).

2. Zuo, Z^#., Yin, H^#., Zhang, Y., Xie, C., Wang, Q*. A cytotoxic T cell inspired oncolytic nanosystem promotes lytic cell death by lipid peroxidation and elicits antitumor immune responses. Nat. Commun. 14, 5456 (2023).

3. H. Yin^#, C. Xie^#, Z. Zuo, D. Xie, Q. Wang*, A CTL-Inspired Killing System Using Ultralow-Dose Chemical-Drugs to Induce a Pyroptosis-Mediated Antitumor Immune Function. Adv. Mater. 2023, 2309839.

4. X. Hu, H. Yin, D. Xie, T. Chen, Y. Li, H. Zeng, M. Lu, Q. Wang*, A Bioinspired Immunostimulatory System for Inducing Powerful Antitumor Immune Function by Directly Causing Plasma Membrane Rupture. Adv. Sci. 2024, 2305934. DOI: 10.1002/advs.202305934