文献信息

北京大学刘昭飞教授课题组开发了基于聚合物的溶酶体靶向嵌合体，能够选择性降解在肝癌细胞中与MCT1和MCT4共表达的伴侣蛋白CD147，从而减少乳酸外排并重编程肿瘤微环境内的乳酸代谢。该团队的研究成果“Nano-enabled spatially selective protein degradation modulates lactate metabolism to potentiate antitumor immunity in liver cancer”（基于纳米载体的空间选择性蛋白降解调控乳酸代谢以增强肝癌抗肿瘤免疫）在著名学术期刊《Nature Nanotechnology》上（IF=35.1）发表。平生公司的小动物PET/CT（型号：Super Nova）产品在论文中提供了重要的肿瘤小鼠PET/CT图像和定量分析。

文献背景

肿瘤代谢紊乱部分由单羧酸转运蛋白 1（MCT1）与 4（MCT4）过量外排乳酸所诱发，会营造酸性肿瘤微环境，进而抑制抗肿瘤免疫、降低各类治疗方案的疗效。尽管已有靶向 MCT1、MCT4 的小分子抑制剂被研究开发，但其临床转化受制于严重的全身毒性。本研究构建了一类聚合物基溶酶体靶向嵌合体，可在肝癌细胞中选择性降解分子伴侣蛋白 CD147（该蛋白与 MCT1、MCT4 共表达），减少乳酸外流并重编程肿瘤微环境内的乳酸代谢通路。本研究进一步改造得到聚合物基酸响应型 CD147 靶向溶酶体嵌合体，使其能够在酸性环境下于肿瘤内可控释放。在多种原位肝癌模型中，静脉给予该酸响应型聚合物 CD147 靶向溶酶体嵌合体可显著抑制肿瘤进展。此外，该 CD147 靶向溶酶体嵌合体能够提升多激酶抑制剂、免疫治疗及放射治疗的抗肿瘤效果，且具备良好的体内安全性。综上，本研究建立的纳米介导空间选择性调控策略可在体内重塑乳酸代谢，增强抗肿瘤免疫，并提升肝癌现有标准治疗方案的疗效。

动物模型建立

选用6～8 周龄雌性C57BL/6小鼠、普通BALB/c小鼠及BALB/c裸鼠。构建皮下荷瘤模型时，取2×10⁶个Hepa1-6、Hepa1-6-GFP或H22细胞，接种于小鼠右侧胁部或后肢皮下。分别采用HepG2-GFP、Hepa1-6-GFP、H22-fLuc细胞构建原位肝癌模型，对应选用雌性BALB/c裸鼠、C57BL/6小鼠、普通BALB/c小鼠。经腹腔注射1.25%三溴乙醇对小鼠实施麻醉；麻醉后开腹部小口暴露肝脏，将重悬于20微升含50% 基质胶（康宁）磷酸盐缓冲液中的 2×10⁵个肿瘤细胞缓慢注射至肝实质内。缓慢拔针避免细胞悬液渗漏，随后使用手术缝合线逐层关闭腹部创口。

微PET/CT成像

采用携带Hepa1-6肿瘤的C57BL/6小鼠开展⁸⁹Zr-PARTACs PET显像实验（SuperNova PET/CT, 平生医疗科技有限公司）：经尾静脉给小鼠注射活度为5.55MBq的⁸⁹Zr-PARTACs 探针。分别于注射后预设时间点（2、6、12、24、48、72、96 小时）采集 10分钟静态PET 图像。进行¹⁸F-FDG PET显像时，小鼠在注射示踪剂前隔夜禁食，随后经尾静脉注射 5.55 MBq 的¹⁸F-FDG，注射45分钟后采集10分钟静态PET图像。进行⁶⁸Ga-grazytracer PET显像时，经尾静脉给小鼠注射5.55MBq的⁶⁸Ga-grazytracer，注射30分钟后完成PET扫描。所有PET图像完成重建与定量分析，勾画感兴趣区并计算得到每克组织注射剂量百分比（% ID g⁻¹）数值。

实验结果

为探究PARTACs的体内生物学行为，本研究采用⁸⁹Zr对PARTACs进行放射性标记（图 4e）；所得⁸⁹Zr标记PARTACs在体外体系中稳定性优异（补充图 8a、8b）。小动物正电子发射断层显像（PET）结果显示：注射后 6 小时起，该探针主要富集于肝脏，且肿瘤部位摄取量呈持续上升趋势（图 4f），证实经全身给药后 PARTACs 可高效靶向富集至肿瘤组织。

图4 | 全身递送PARTACs在原位小鼠模型中抑制肝癌生长。 a, 由Cy5缀合和QSY-21缀合共聚物组装成的PNC和PAR纳米颗粒的示意图。b, 不同pH条件下PNC和PAR纳米颗粒的荧光成像。c,d, CD147靶向PNCTACs(c)和PARTACs(d)在中性(pH 7.4)和酸性(pH 6.5)条件下的示意图、透射电子显微镜图像和尺寸分布。e, ⁸⁹Zr标记PARTACs和PET成像实验时间线的示意图。f, 静脉注射后所示时间点Hepa1-6荷瘤小鼠中⁸⁹Zr-PARTACs的代表性PET图像和肿瘤摄取的定量分析。

为无创检测经 PARTAC 处理后肿瘤内的代谢与免疫应答，本研究开展PET显像实验（图 5f）。¹⁸F-FDG PET显像结果显示，PARTAC干预后肿瘤内部葡萄糖摄取显著降低（图 5g），说明肿瘤糖酵解被抑制。与此同时，可无创示踪颗粒酶B表达的⁶⁸Ga-grazytracer PET探针显像可见肿瘤区域信号明显增强（图 5h），提示CD8⁺T细胞活化水平升高。

图5 | PARTACs增强索拉非尼、抗PD-1免疫治疗和放射治疗的疗效。 a, 接受30、60或90 mg/kg索拉非尼五剂治疗的Hepa1-6荷瘤小鼠的治疗方案、肿瘤生长曲线和体重变化。b, 索拉非尼治疗后Hepa1-6肿瘤的代表性缺氧染色。c, 在Hepa1-6荷瘤小鼠中联合使用五剂索拉非尼(30 mg/kg)和三剂PARTACs后的治疗方案、肿瘤生长曲线和体重变化。d, 接受一、二或三剂抗PD-1抗体或单剂抗PD-1联合三剂PARTACs治疗的小鼠的治疗方案、肿瘤生长曲线和体重变化。e, 单剂X射线放疗联合三剂PARTACs治疗后小鼠的治疗方案、肿瘤生长曲线和体重变化。f, PARTACs治疗前后¹⁸F-FDG或⁶⁸Ga-grazytracer PET成像的实验时间线。g,h, 第0天和第6天治疗后小鼠的代表性¹⁸F-FDG(g)和⁶⁸Ga-grazytracer(h) PET图像及肿瘤摄取的定量分析。

综上，本研究构建了一种pH响应型溶酶体靶向嵌合体（LYTAC）递送体系，可实现 CD147 蛋白的空间门控降解，进而重编程肝癌细胞内乳酸代谢通路，同时不损伤正常组织。经全身给药的PARTACs可在体内增强抗肿瘤免疫，并提升多种治疗手段的抗肿瘤效果。本体系将溶酶体靶向能力与酸性微环境依赖性激活机制相结合，建立了一套适用于肿瘤微环境内条件性蛋白降解的通用技术框架，为细胞选择性调控疾病相关靶蛋白提供理论基础与转化研究依据。

使用设备

                                                 Super Nova^® Micro PET/CT（III 代外观图）