《Nanoscale Horizons》：Transforming tumor cells into professional antigen-presenting cells using poly(β-amino ester) nanoparticles to deliver CD80-encoding mRNA
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本研究为克服肿瘤细胞因缺乏共刺激分子导致T细胞活化不足的问题，开发了一种新型免疫治疗策略。研究人员通过聚(β-氨基酯)纳米颗粒递送CD80编码mRNA，成功将多种肿瘤细胞转化为类似专业抗原呈递细胞的细胞。实验证明，CD80的瞬时表达可显著增强肿瘤细胞刺激抗原特异性CD8+T细胞的能力，甚至能够启动和扩增识别内源性肿瘤抗原的初始T细胞。这项概念验证研究表明，基于纳米颗粒的CD80 mRNA体内递送为实现安全、有效的肿瘤原位免疫治疗提供了新途径。
癌症治疗一直是医学领域最棘手的挑战之一。尽管人体免疫系统本应识别并清除异常细胞，但狡猾的肿瘤却发展出多种“隐身”和“麻痹”免疫细胞的机制。其中一个关键漏洞在于，大多数肿瘤细胞虽然表达肿瘤相关抗原，能够被T细胞受体识别，但它们通常缺少一类名为“共刺激分子”的关键“信号灯”。这使得T细胞即使“看到”了肿瘤抗原，也因得不到充分激活的“第二信号”而陷入无能或反应微弱的状态，无法发动有效攻击。这好比士兵认出了敌人，却因没有收到明确的进攻指令而原地待命。为了扭转这种局面，让肿瘤细胞从“沉默的靶子”转变为“免疫系统的警报器”，科学家们将目光投向了一种关键的共刺激分子——CD80。CD80通常由专业的抗原呈递细胞表达，是激活T细胞、尤其是初始T细胞所必需的“绿灯”信号。那么，能否通过生物技术手段，给肿瘤细胞“装上”CD80，把它们从免疫逃逸的“帮凶”改造成激活抗肿瘤免疫的“疫苗工厂”呢？这便构成了本项研究的核心出发点。
传统的基因改造方法，如使用工程化的同种异体肿瘤细胞疫苗，存在抗原不匹配、安全风险高和制备复杂等局限。近年来，信使核糖核酸技术的突破为体内原位、瞬时、安全地改造细胞功能带来了希望。然而，如何将mRNA高效、特异性地递送至体内的肿瘤细胞，仍是临床转化的巨大瓶颈。本研究发表在《Nanoscale Horizons》，其创新之处在于，将CD80编码mRNA与一种新型的、可生物降解的聚(β-氨基酯)纳米颗粒递送系统相结合，旨在开发一种“现货型”治疗剂，实现肿瘤细胞的体内原位重编程，从而激发强大且特异性的抗肿瘤T细胞免疫反应。
为开展此项研究，研究人员综合运用了多项关键技术。mRNA通过体外转录技术合成，纳米颗粒则采用聚(β-氨基酯)聚合物自组装并包封mRNA制备。研究使用了包括黑色素瘤、肺癌、白血病、腺癌、葡萄膜黑色素瘤和默克尔细胞癌在内的多种人类肿瘤细胞系，以及从健康捐赠者（经伦理委员会批准并知情同意）外周血中分离的CD8+T细胞。核心实验方法包括：1) 电穿孔和纳米颗粒转染技术，用于将CD80或报告基因GFP的mRNA导入肿瘤细胞；2) 流式细胞术，用于检测细胞表面CD80、GFP表达、T细胞活化标志物、记忆表型及免疫检查点分子表达；3) 共培养实验与T细胞启动扩增实验，评估肿瘤细胞刺激抗原特异性T细胞和启动初始T细胞的能力；4) 铬-51释放细胞毒性实验，检测被激活T细胞杀伤肿瘤细胞的能力；5) 三维肿瘤球体培养和鸡胚绒毛尿囊膜模型，用于模拟更接近体内环境的肿瘤结构并评估纳米颗粒的穿透和转染效率。
CD80表达增强肿瘤细胞特异性激活CD8+T细胞的能力
研究人员首先通过电穿孔在黑色素瘤和肺癌细胞系中表达CD80。当这些CD80阳性的肿瘤细胞与转染了对应肿瘤抗原特异性T细胞受体的CD8+T细胞共培养时，T细胞的活化标志物CD25和CD69的表达显著升高，促炎细胞因子IL-2、TNF和IFNγ的分泌也大幅增加。这表明，为肿瘤细胞装备CD80，能有效增强其以抗原特异性方式激活T细胞的能力。
表达CD80的肿瘤细胞能够启动和扩增识别内源性抗原的初始CD8+T细胞
更关键的是，研究证实表达CD80的黑色素瘤细胞获得了通常只有专业抗原呈递细胞才具备的功能：它们能够启动并扩增识别其内源性表达的黑素瘤抗原MelanA的初始CD8+T细胞。经过两周的共培养，CD80表达使抗原特异性T细胞的比例显著扩增，并且这些T细胞从初始表型分化为中枢记忆、效应记忆和裂解效应T细胞。这证明CD80的共刺激信号对于将初始T细胞转化为功能性的抗肿瘤效应细胞至关重要。
聚(β-氨基酯)纳米颗粒可高效转染多种肿瘤细胞并递送功能mRNA
为实现体内应用，研究评估了聚(β-氨基酯)纳米颗粒递送系统。装载GFP编码mRNA的纳米颗粒能高效转染大多数贴壁生长的肿瘤细胞系。当递送CD80 mRNA时，纳米颗粒能在多种细胞系中实现超过50%的转染效率，且表达可持续至少72小时。纳米颗粒也能成功转染三维培养的肿瘤球体以及在鸡胚绒毛尿囊膜上生长的肿瘤。
纳米颗粒介导的CD80表达使肿瘤细胞具备启动T细胞的能力
核心功能验证表明，用聚(β-氨基酯)纳米颗粒将CD80 mRNA递送至肿瘤细胞后，这些细胞同样能有效启动和扩增针对内源性MelanA抗原的初始CD8+T细胞，而转染无关蛋白GFP的纳米颗粒则无此效果，证明了效应的特异性。
经CD80表达肿瘤细胞启动的T细胞具备杀伤能力且检查点分子表达降低
功能分析显示，被CD80阳性肿瘤细胞启动的T细胞获得了强大的细胞毒性，能够有效裂解无论是CD80阳性还是阴性的亲本肿瘤细胞。此外，与未经转染或仅用GFP纳米颗粒处理的肿瘤细胞启动的T细胞相比，经CD80表达肿瘤细胞启动的T细胞，其表面抑制性免疫检查点分子PD-1和CTLA-4的表达水平显著降低，表明其处于功能更活跃、更少受抑制的状态。
本研究得出结论，利用聚(β-氨基酯)纳米颗粒递送CD80编码mRNA，能够将肿瘤细胞转化为具有类似专业抗原呈递细胞功能的细胞。这种策略不仅增强了肿瘤细胞激活现有抗原特异性T细胞的能力，更重要的是，赋予了它们启动初始T细胞、从而从零开始扩增一支抗肿瘤T细胞大军的能力。所产生的T细胞功能完备，能有效杀伤肿瘤，并且表现出更低的耗竭/抑制标志物表达。
这项概念验证研究的重大意义在于，它将一个已有二十余年历史的免疫治疗理念——通过CD80武装肿瘤细胞——与最前沿的纳米mRNA递送技术相结合，为解决临床转化的关键瓶颈提供了可行方案。聚(β-氨基酯)纳米颗粒作为非病毒载体，具有生物可降解、可避免聚乙二醇相关潜在问题、易于功能化修饰等优势。该策略实现了在肿瘤原位进行重编程，有望利用肿瘤细胞自身表达的全部抗原库，激发广泛而特异的抗肿瘤免疫反应，同时避免了使用同种异体细胞疫苗的安全和匹配性问题。研究还初步回应了关于CD80可能结合抑制性受体CTLA-4的担忧，发现在肿瘤细胞共表达CD80和PD-L1的背景下，CD80的共刺激主导作用得以维持。这为开发一种新型的、“现货供应”的、通过瘤内注射即可将肿瘤转化为个体化治疗疫苗的免疫疗法奠定了坚实的实验基础，为治疗多种癌症带来了新的希望。
