研究介紹

?

·

迄今為止，大多數(shù)腫瘤疫苗候選物未能取得臨床進(jìn)展，原因是缺乏有效的抗原遞送和佐劑。2024年8月20日，四川大學(xué)魏霞蔚團(tuán)隊(duì)在《Cellular & Molecular Immunology》（IF=21.8）上發(fā)表了題為《Engineered mitochondria exert potent antitumor immunity as a cancer vaccine platform》的研究論文，構(gòu)建出一種線粒體工程平臺(tái)，用于遞送豐富的有效抗原和佐劑，激活強(qiáng)大的抗腫瘤免疫，有效的解決了這一問(wèn)題。

研究背景

Background

線粒體：一種具有原核生物特征的特殊細(xì)胞器，含有各種損傷相關(guān)分子模式 (DAMP)，如用于TLR9/STING的mtDNA，能夠有效激活免疫。從癌細(xì)胞中分離的線粒體很容易被樹(shù)突狀細(xì)胞 (DC) 吞噬，從而激活先天性和適應(yīng)性免疫，產(chǎn)生強(qiáng)大的抗腫瘤效果。

鳥(niǎo)氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（OTC）：是線粒體基質(zhì)酶的細(xì)胞質(zhì)合成前體，通過(guò)其NH2-末端前導(dǎo)肽錨定在線粒體上。使用OTC的線粒體定位信號(hào)肽，可實(shí)現(xiàn)外源或內(nèi)源抗原導(dǎo)入線粒體，構(gòu)建具有充足天然佐劑來(lái)源的DC靶向遞送系統(tǒng)。

該研究旨在利用編碼抗原序列和OTC前導(dǎo)序列的慢病毒載體，建立一個(gè)線粒體工程平臺(tái)，生成富含抗原的線粒體作為腫瘤疫苗。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，含有模型抗原卵清蛋白（OVA）和酪氨酸酶相關(guān)蛋白2（TRP2）的工程線粒體 (OVA-MITO 和TRP2-MITO) 有效募集和激活了DC，誘導(dǎo)了腫瘤特異性免疫，該過(guò)程涉及TLR2 通路及其脂質(zhì)激動(dòng)劑，即來(lái)自線粒體膜的心磷脂（CL）。

該研究表明，工程線粒體是承載有效抗原和免疫佐劑的優(yōu)質(zhì)載體，可以優(yōu)先靶向局部DC并發(fā)揮強(qiáng)大的適應(yīng)性腫瘤免疫。這種通用的疫苗平臺(tái)，可根據(jù)疾病種類攜帶對(duì)應(yīng)的抗原，具有強(qiáng)大的臨床應(yīng)用的潛力。

研究亮點(diǎn)

?

·

1、構(gòu)建了一種通用的工程線粒體疫苗平臺(tái)，可遞送豐富的有效抗原和佐劑，可根據(jù)疾病類型更改抗原種類。

2、揭示了TLR2和CL在免疫激活中的作用。

研究結(jié)果

?

·

一、模型抗原富集線粒體疫苗平臺(tái)的構(gòu)建和效果評(píng)價(jià)

以O(shè)VA或TRP2為模型抗原，構(gòu)建含有OTC前導(dǎo)序列和選定長(zhǎng)度抗原序列的線粒體導(dǎo)向抗原質(zhì)粒，通過(guò)慢病毒載體感染篩選獲得穩(wěn)定表達(dá)模型抗原的B1-F10細(xì)胞系（B16OVA和B16TRP2）。熒光結(jié)果表明，模型抗原在線粒體中定位富集（Fig.1）。從B16OVA和B16TRP2細(xì)胞中提取線粒體，制備成腫瘤疫苗OVA-MITO和TRP2-MITO。在小鼠治療性和預(yù)防性模型中， OVA-MITO和TRP2-MITO 都顯著抑制了腫瘤生長(zhǎng)并延長(zhǎng)了生存期，表現(xiàn)出強(qiáng)大的抗腫瘤效果。

Fig.1

二、工程線粒體疫苗的免疫激活作用

體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，OVA-MITO實(shí)現(xiàn)了皮膚和引流淋巴結(jié)中DC的重分布，增加了淋巴結(jié)中的DC，并加速了對(duì)OVA-MITO的吞噬，有效激活了DC，其DC成熟標(biāo)志物CD80、CD86、CD40和MHC II的表達(dá)水平均顯著上調(diào)。（Fig.2A-I）

與基于DC的腫瘤疫苗聯(lián)合使用時(shí)，OVA-MITO脈沖DC疫苗顯著抑制了腫瘤生長(zhǎng)，并延長(zhǎng)了小鼠的生存期，顯示出強(qiáng)大的抗腫瘤能力。（Fig.2J-K）

Fig.2

進(jìn)一步流式結(jié)果表明，OVA-MITO疫苗能顯著增加細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞（CTL）和OVA特異性CD8+ T細(xì)胞的數(shù)量，降低抑制性免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)，增加Granzyme B和IFN-γ的分泌，增強(qiáng)CTL的殺傷能力。此外，OVA-MITO處理增加了小鼠脾臟中記憶T細(xì)胞的比例，表明工程線粒體疫苗促進(jìn)了免疫記憶的形成。（Fig.3）

Fig.3

三、工程線粒體疫苗免疫激活的機(jī)制研究

將TLR2基因敲除小鼠的樹(shù)突狀細(xì)胞與線粒體一起孵育，結(jié)果表明， IL-6、TNF-α 和 IL12p70 的顯著減少，標(biāo)志物CD80、CD86、CD40和MHC II的表達(dá)水平也降低。與野生型小鼠相比，TLR2敲除還降低了工程線粒體疫苗在預(yù)防和治療性腫瘤模型中的抗腫瘤效果。（Fig.4）

Fig.4

體外實(shí)驗(yàn)表明，CL與DC共培養(yǎng)能顯著誘導(dǎo)DC成熟，且TLR2敲除的DC在CL刺激下，DC成熟標(biāo)志物表達(dá)幾乎無(wú)變化。（Fig.5A-C）

使用CL下調(diào)（siCrls1）的 TRP2-MITO 治療 B16F10 模型小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CL的下調(diào)顯著減弱了TRP2-MITO的抗腫瘤效果。此外，與對(duì)照組相比，添加外源CL的TRP2-MITO增強(qiáng)了TRP2-MITO的治療效果，甚至延長(zhǎng)了小鼠的生存期。（Fig.5D-I）

以上結(jié)果證明，來(lái)自線粒體的CL通過(guò)TLR2通路促進(jìn)DC活化、激發(fā)抗腫瘤免疫，這與工程線粒體疫苗的抗腫瘤作用密切相關(guān)。

Fig.5

研究討論

?

·

本研究表明，工程線粒體腫瘤疫苗平臺(tái)通過(guò)導(dǎo)入指定抗原，在對(duì)應(yīng)的腫瘤模型中取得了強(qiáng)大的抗腫瘤治療效果。疫苗通過(guò)CL和TLR2通路發(fā)揮免疫激活作用，誘導(dǎo)了強(qiáng)大的適應(yīng)性免疫。此外，該工程線粒體腫瘤疫苗平臺(tái)生產(chǎn)方便、副作用小、安全性高，值得在臨床試驗(yàn)中進(jìn)一步研究。未來(lái)，工程線粒體可以作為開(kāi)發(fā)傳染病預(yù)防性疫苗的抗原遞送平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

[1] Luo, J., Mo, F., Zhang, Z. et al. Engineered mitochondria exert potent antitumor immunity as a cancer vaccine platform. Cell Mol Immunol (2024).

END

文案 | 木玲

排版 | 姜笑南

審核 | 姜笑南

發(fā)布｜姜笑南