南京大学Nature Nanotechnology:肿瘤特异性纳米颗粒通过形态转变破坏肿瘤溶酶体诱导细胞焦亡实现癌症免疫治疗

研究背景

细胞焦亡是一类由Gasdermin蛋白介导的炎症性程序性细胞死亡，可通过细胞膜成孔、释放IL-1β、IL-18及损伤相关分子模式，增强肿瘤免疫原性，因此被视为激活癌症免疫治疗的新路径。然而，现有焦亡诱导剂普遍存在两个瓶颈：一是肿瘤细胞选择性不足，可能在正常组织中诱发炎症性毒性；二是许多策略依赖光照、氧气或外源刺激，难以覆盖深部肿瘤和转移灶。与此同时，免疫检查点治疗在“冷肿瘤”中疗效有限，关键障碍是肿瘤细胞免疫原性低、T细胞浸润不足及免疫抑制微环境。如何在肿瘤细胞内部精准触发焦亡，同时把局部细胞死亡转化为系统性抗肿瘤免疫，是纳米医学和肿瘤免疫交叉领域的重要问题。

研究内容

研究者设计了肿瘤特异性纳米颗粒NP-NH-D5，用于在肿瘤细胞溶酶体内原位组装纳米纤维并诱导焦亡。该体系首先以带负电的纳米颗粒形式在体内循环，有利于降低非特异性毒性；进入肿瘤组织后，肿瘤细胞外基质中过表达的MMP-2切除带负电的GLP-D5片段，使颗粒发生“负电到正电”的电荷反转，增强肿瘤细胞摄取。随后，颗粒进入溶酶体，在GSH和GILT等还原性条件下断裂二硫键，释放出F-C6-NH2并重新自组装为非肽纳米纤维。形成的纳米纤维具有高刚性和丰富伯胺基团，可破坏溶酶体膜，引发溶酶体膜通透化和Cathepsin B释放，进一步激活NLRP3炎症小体、Caspase-1和GSDMD裂解，最终触发GSDMD介导的焦亡。体外实验显示，该过程伴随IL-1β、IL-18、HMGB1和ATP释放，并促进树突状细胞成熟，说明其不仅杀伤肿瘤细胞，也能诱导免疫原性细胞死亡。体内研究中，NP-NH-D5可抑制原位4T1乳腺肿瘤，减少转移和复发，延长生存且未见明显系统毒性；与抗PD-L1联用后，还显著增强了晚期4T1肺转移模型和侵袭性Pan02原位胰腺肿瘤模型的免疫治疗效果。

材料设计

NP-NH-D5并非简单递送焦亡药物，而是通过F-C6-NH2与F-SS-NH-GALGLP-D5分子共组装构建可转化纳米颗粒。其设计逻辑分为三层：第一，D5/GLP片段赋予颗粒负电性和MMP-2响应性，使体系在血液循环阶段相对稳定，并在肿瘤基质中完成电荷反转；第二，正电化后的颗粒更易被肿瘤细胞内吞并富集于溶酶体；第三，二硫键响应细胞内GSH/GILT后释放F-C6-NH2，使其在溶酶体内形成β-折叠纳米纤维。AFM结果显示单根纳米纤维杨氏模量约464 ± 75 MPa，提示其具备强机械扰动能力，可直接破坏溶酶体膜。由此，材料把“肿瘤微环境识别、细胞摄取、溶酶体组装、焦亡激活和免疫放大”整合为连续过程，实现了从纳米结构转化到免疫治疗增敏的闭环设计。

诱导细胞焦亡和抗肿瘤免疫反应的NP-NH-D5示意图。a，F-C6-NH2 和 F-SS-NH-GALGLP-D5 的化学结构。b，通过 F-C6-NH2 和 F-SS-NH-GALGLP-D5 的分子共组装制备 NP-NH-D5，并提出球形纳米颗粒（NPs）在对 MMP-2 和还原剂（例如 GSH 和 GILT）的串联响应下转化为纳米纤维（NFs），从而诱导 GSDMD 介导的细胞焦亡。c，NP-NH-D5 选择性递送 F-C6-NH2 至肿瘤细胞以用于体内癌症免疫治疗的示意图。系统给药后，带负电荷的 NP-NH-D5 在体内循环并进入肿瘤组织，在肿瘤组织中，MMP-2 切除带负电的 GLP-D5 序列，使 NPs 转变为带正电荷的 NP-NH2。随后，这些 NPs 被肿瘤细胞内吞，并在溶酶体中积累。在溶酶体内，丰富的 GILT 和 GSH 还原二硫键，释放 F-SH 和 NH-GAL。剩余的 F-C6-NH2 在溶酶体中重新组装成 NFs；这些 NFs 具有较高刚度和丰富的伯胺，可强烈诱导溶酶体膜通透化（LMP）、溶酶体损伤，并促使成熟 CatB 释放至胞质中。CatB 诱导 NLRP3 炎症小体组装，进而导致 Casp-1 激活和 GSDMD 介导的细胞焦亡，随后释放促炎因子，增强免疫原性细胞死亡（ICD）效应。该过程能够形成具有免疫原性的“热”肿瘤，从而实现有效的抗肿瘤免疫。d，裂解产物 F-SH、NH-GAL 和 GLP-D5 的化学结构。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41565-025-01857-9