癌症严重威胁人类健康,针对癌症的治疗策略与药物研发已成为我国疾病治疗的重点研究领域之一。《Science》将癌症免疫治疗作为年度十大科技突破之首进行刊发,揭示了免疫治疗的巨大临床应用潜力。癌症免疫治疗(Cancer immunotherapy)主要是通过重新启动并维持肿瘤-免疫循环(Cancer-immunity cycle)来恢复机体抗肿瘤免疫反应,从而控制、清除肿瘤的一种治疗手段。但临床研究结果表明,只有少数患者从中获益,多数患者对免疫治疗策略响应率较差。以T淋巴细胞瘤内浸润不足和启动失败为主要特征的肿瘤“冷”特性是造成响应率低的重要原因,也是阻碍免疫治疗获益普适化的最大障碍。因此,逆转肿瘤由“冷”变“热”,增强T淋巴细胞的瘤内浸润和有效激活将成为肿瘤治疗普适化的重要突破口。树突状细胞(Dendritic cell,DC)作为一种专职抗原递呈细胞(Antigen presenting cells,APC),是免疫反应的关键协调者,在先天和适应性免疫反应的启动和调节中发挥重要角色。在肿瘤微环境中,DC细胞可摄取、加工、呈递肿瘤抗原并提供共刺激性信号来激活T细胞免疫,因此,操控DC细胞具有诱导有效的抗肿瘤免疫的巨大潜力。Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)是先天免疫中一类十分重要的模式识别受体(Pattern recognition receptor,PRR),可检测局部感染和组织损伤,从而防止全身感染,监视恶性肿瘤细胞的产生。激活DC细胞的TLR,可诱导髓样分化因子(Myeloid differentiation factor 88,MyD88)或 β 干扰素 TIR 结构域衔接蛋白(TIR domain-containing adaptor-inducing interferon-β,TRIF)依赖的信号通路,激活核因子κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB),诱导细胞因子和趋化因子分泌,激活先天免疫反应和获得性免疫反应,达到重塑肿瘤微环境的目的。在众多的TLR亚型中,针对TLR3、TLR4、TLR7/8和TLR9的激动剂在抗肿瘤应用中研究较为广泛。其中TLR7/8激动剂可以靶向所有内源性DC亚群,诱导更高水平促炎因子的分泌和共刺激受体的上调。除此之外,TLR7/8激动剂可同时激活TLR7和TLR8,展现出了更大的临床转化潜力。咪唑喹啉类小分子(Imidazoquinoline)是目前最常报道的TLR7/8激动剂,其中咪喹莫特(Imiquimod,IMQ)已被美国FDA批准用于基底细胞癌(外用),雷西莫特(Resiquimod,R848)比IMQ多了一个羟基和一个乙氧基甲基链,表现出了更强的TLR8激动作用。Sunil A.David团队根据构效关系研究开发了一种更高效且容易修饰的新型TLR7/8激动剂(1-(4-(aminomethyl)benzyl)-2-butyl-1H-imidazo[4,5-c]quinolin-4-amine,IMDQ)。然而,以 TLR7/8 激动剂为单一组分的免疫治疗策略仍难以引起强效的T淋巴细胞免疫反应,进一步引入其他功能剂将有望提高DC细胞递呈功能,实现多模式免疫调节,进而诱导增强的细胞免疫反应。近年来,化学治疗(如奥沙利铂(Oxaliplatin,OXA)等)、光热治疗(Photothermal therapy,PTT)和化学动力学治疗(Chemodynamic therapy,CDT)等触发的肿瘤免疫原性细胞死亡(Immunogenic cell death,ICD)效应激起了科研人员的广泛研究兴趣。ICD可以促进“吃我”信号钙网蛋白(Calreticulin,CRT)的外翻,“发现我”信号腺嘌呤核苷三磷酸(Adenosine-triphosphate,ATP)的分泌及高迁移率族蛋白 B1(High-mobility group box 1 protein,HMGB1)的释放,增强DC细胞功能并引发T淋巴细胞的瘤内浸润。因此,将ICD诱导剂合理、安全地应用到肿瘤治疗中,对于激活机体抗肿瘤免疫,产生长远的抗肿瘤效果具有重要意义。然而,由于以上化疗药物及免疫调节小分子注射后的非特异性分布特点,体内应用后容易诱发全身非选择性的细胞毒性和免疫激活,这极大限制了此类药物的临床应用。因此,药物在特定组织或细胞的精准递送,对于确保安全有效的免疫应答至关重要。纳米药物递送系统(Nano-based drug delivery systems,NDDS)因其具有改善药物药动学性质、肿瘤靶向递送能力、肿瘤微环境或肿瘤细胞内响应性定点释药等特性,有助于获得更优的抗肿瘤效果,具有潜在临床应用前景。目前,多种基于NDDS的药物制剂已获批用于PEG300纯度临床,显著提高了肿瘤治疗效果。其中,聚合物纳米载体(Polymer-based nanocarriers)一般由同时具有亲水端和疏水端的两亲性嵌段共聚物构成,具有较好的自组装能力,结构明确,载药量较高,主要包括聚合物胶束、聚合物囊泡、聚合物-药物偶联体等。聚合物-药物偶联物因易修饰、载药可控、性质稳定等优势在药物递送中展现着巨大潜力。可逆加成-断裂链转移(Reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization,RAFT)聚合技术作为聚合物制备的重要工具,为聚合物-药物偶联物的按需设计提供了普适性平台。基于以上讨论,本课题主要开展了以下研究:第一部分:肿瘤选择性激活的TLR7/8激动剂纳米免疫调节系统用于肿瘤特异性免疫激活的研究。本部分针对小分子TLR7/8激动Blood Samples剂注射后的全身性免疫激活问题,采用化学手段暂时掩蔽其关键活性位点(C4位氨基)合成了肿瘤响应性药物单体IMQ-HEDSMA,利用RAFT聚合技术聚合该单体构建了嵌段共聚物pDMA-b-pIMQ。为解除T淋巴细胞的免疫抑制状态,同法构建了荷载免疫检查点抑制剂JQ1的嵌段共聚物pDMA-b-pJQ1。为进一步实现其肿瘤靶向功能,在聚合物端基上修饰肿瘤靶向肽(Cyclo(Arg-Gly-Asp-D-Phe-Lys),c-RGD),制https://www.selleck.cn/products/Decitabine.html备了肿瘤靶向性嵌段共聚物c-RGD-pDMA-b-pIMQ和c-RGD-pDMA-b-pJQ1。上述肿瘤靶向性嵌段聚合物可通过自组装形成前药纳米免疫调节剂c-N@IM/JQ。静脉注射后,c-N@IM/JQ依靠c-RGD介导的肿瘤靶向作用聚集在肿瘤部位。然后在肿瘤富含的谷胱甘肽(Glutathione,GSH)作用下,二硫键中间体发生断裂而释放出IMQ和JQ1。释放的IMQ可促进DC细胞成熟,进而增强T淋巴细胞的瘤内浸润;JQ1可进一步解除T淋巴细胞的免疫抑制信号,两者协同触发肿瘤特异性的免疫响应。1H-NMR证明了功能性单体、嵌段共聚物的合成及其c-RGD 靶向修饰;粒径、电位、透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)图和释放曲线证明了 c-N@IM/JQ的成功构建和药物的肿瘤响应性释放;细胞毒性和BMDC活化等实验结果证明了 c-N@IM/JQ的细胞毒性和免疫调节功能;体内IVIS成像和流式分析表明了 c-N@IM/JQ的肿瘤靶向作用;体内抑瘤实验、免疫浸润分析和病理学考察证明了 c-N@IM/JQ良好的抑瘤效果和免疫激活能力。第二部分:“光热/化疗/免疫”三合一的多模式纳米递送平台用于肿瘤特异性免疫治疗的研究。本部分在TLR7/8激动剂免疫效果的基础上进一步联合ICD效应构建了“光热/化疗/免疫”三合一的新型多模式纳米递送平台用于增强癌症免疫治疗效果。本部分选择空心硫化铜(Hollow copper sulfide,CuS)纳米粒作为光热治疗剂,同时负载化疗药OXA形成OXA@CuS,两者均具有ICD效应,可作为ICD的放大组合体。采用RAFT聚合技术构建了具有DC细胞靶向性、TLR7/8激动剂接枝的DC细胞靶向性聚合物-药物偶联体Man-pIMDQ。为延长纳米粒的肿瘤滞留时间,我们同法构建了肿瘤靶向性聚合物FA-pDMA。最后,将FA-pDMA和Man-pIMDQ共同锚定在OXA@CuS表面构建了多模式纳米递送平台F/IMO@CuS。瘤内注射后,F/IMO@CuS依靠FA介导的肿瘤靶向作用延长了瘤内滞留时间。在808 nm近红外激光照射下,F/IMO@CuS发挥光热治疗的同时逐渐解体,所释放的OXA和光热治疗共同触发肿瘤ICD效应。ICD引发的免疫信号和Man-pIMDQ协同促进DC细胞的成熟。激活的DC细胞可进一步介导T淋巴细胞的有效瘤内浸润抑制肿瘤进展,并在体内形成了免疫记忆以阻止肿瘤复发。1H-NMR结果证明了功能性单体、聚合物的合成及配体的靶向修饰;粒径、电位和TEM图等证明F/IMO@CuS的成功构建;细胞毒性、细胞摄取、光热成像、ICD信号检测和BMDC活化等实验证明了 F/IMO@CuS的光热化疗效果、细胞靶向功能、ICD诱导和DC激活能力;体内IVIS成像和流式分析考察了 F/IMO@CuS的瘤内滞留和细胞内分布情况;体内抑瘤实验、免疫浸润分析和病理学考察证明了 F/IMO@CuS良好的抑瘤效果、免疫激活能力和体内免疫记忆的形成。