《自然》子刊：华人科学家找到了可增强免疫应答的新型脂质纳米颗粒！

2023-12-19

·生物谷

信使RNA

该研究提供了一种筛选LNP配方的方法，并通过体内外研究验证了一个好的LNP配方不仅可以抑制肿瘤生长，还能调节辅助T细胞应答，增强免疫应答的能力。

近日，约翰霍普金斯大学毛海泉团队和美国华盛顿大学Sean C. Murphy团队通过调整脂质纳米颗粒（LNP）的结构，从1080种配方中找到了一种可同时调节辅助性T细胞1型（Th1）和2型（Th2）免疫应答的新型LNP，C10。

在小鼠的黑色素瘤模型中，研究人员观察到，C10 LNP不仅可以抑制肿瘤生长，在与免疫检查点抑制剂联用时，还能进一步提高抗肿瘤效果。

研究发表在Nature Biomedical Engineering上。

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论文首页截图

LNP通常由可电离脂质、胆固醇、辅助脂质和聚乙二醇化的脂质四种组分组成。在本研究中，研究人员选用DLin-MC3-DMA作为可电离脂质，DMG-PEG2000作为聚乙二醇化的脂质和胆固醇，通过组合六种辅助脂质DOTAP（A）、DDAB（B）、DOPE（C）、DSPC（D）、14PA（E）和18PG（F），以及改变脂质的比例，创建了一个包含1080种不同LNP配方的数据库。

通过在DC2.4细胞系（小鼠骨髓来源的树突状细胞[BMDCs]）中评估这些LNP配方的mRNA转染效率，研究人员成功筛选出7种可实现高效转染的LNP（C3、C9、C10、D1、D2、D6和F5）。随后，研究人员在BMDCs中，利用编码卵清蛋白（mOVA）的mRNA对以上7种LNP进行进一步筛选，并从中锁定了3种可以高效呈递抗原，并可以促进炎症细胞因子（IFN-γ、TNF-α和IL-6等）释放的LNP（C10、D6和F5）。

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LNP筛选过程

接下来，研究人员打算研究下这3种LNP在体内的作用。于是，分别在第0天、第7天和第14天向小鼠注射3种LNP，并在21天后取小鼠脾脏做成悬液，观察T细胞的变化情况。

结果发现，这3种LNP均能产生强大的抗原特异性Th1免疫应答。具体来说，以上3种LNP产生的CD3+CD8+TNF-α+细胞和抗原特异性Th1细胞（CD3+CD4+IFN-γ+T-bet+）的数量分别比SM-102 LNP（无法诱导Th1免疫应答，仅可以诱导Th2免疫应答，在此处作为对照）产生的1.5倍和5倍还多。

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3种LNP产生的Th1细胞数量

更重要的是，研究人员在对比3种LNP的差异后发现，C10 LNP产生的抗原特异性Th2细胞（CD3+CD4+IL-4+GATA-3+）数量明显比D6和F5 LNP更多。此外，在IL-6，TNF-α，TGF-β，IL-10，IL-4等炎症细胞因子表达水平上，3种LNP也存在差异，其中且D6和F5 LNP并没有产生明显的Th2免疫应答。这也意味着，在3种LNP中，仅有C10 LNP可同时诱导Th1和Th2免疫应答。

为了评估这3种mRNA-LNP的抗肿瘤效果，研究人员构建了黑色素瘤小鼠模型（皮下注射B16-OVA细胞）。结果发现，无论是接种SM-102 LNP，还是接种C10、D6和F5 LNP，均可以让肿瘤生长受到抑制。

不过相比只能诱导Th1免疫应答的D6和F5 LNP，以及只能诱导Th2免疫应答的SM-102 LNP，可同时诱导Th1和Th2免疫应答的C10 LNP表现出了更好的抗肿瘤效果，其中40%以上的小鼠可以无瘤生存60天。

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接种C10 LNP的小鼠，无瘤生存期更长

接下来，研究人员想知道，C10 LNP作为一种预防性疫苗时，能否产生更长效的抗肿瘤效果。于是，在以上结果的基础上，研究人员将监测时间拉长。

结果发现，在接种C10 LNP的30只小鼠中，有18只无瘤生存了100天，其中有4只即使在再次接种B16-OVA细胞的情况下，也不会产生肿瘤，这说明，C10 LNP可产生长效抗肿瘤效果。

此外，研究人员发现，当C10 LNP作为一种治疗性疫苗时，与单独使用免疫检查抑制剂（抗CTLA-4单抗）相比，联合抗CTLA-4单抗治疗在小鼠黑色素瘤和结直肠癌模型中，均表现出了更好的治疗效果（表现为中位生存时间的延长）。

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联合治疗效果更好

最后，机制上，研究人员发现，C10 LNP的抗肿瘤能力与其在注射部位的有效转染能力和在启动抗原呈递过程中，能同时调节Th1和Th2免疫应答有关，最终让T细胞和NK细胞对肿瘤展开双重攻击。

总之，该研究提供了一种筛选LNP配方的方法，并通过体内外研究验证了一个好的LNP配方不仅可以抑制肿瘤生长，还能调节辅助T细胞应答，增强免疫应答的能力。同时，该结果也为癌症疫苗的开发提供了一种通用方法。

参考文献：

[1]Zhu, Y., Ma, J., Shen, R. et al. Screening for lipid nanoparticles that modulate the immune activity of helper T cells towards enhanced antitumour activity. Nat. Biomed. Eng (2023).