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Advanced Science | 通过生物正交代谢工程驱动的肿瘤外泌体清除策略增强化疗相关免疫应答

Advanced Science | 通过生物正交代谢工程驱动的肿瘤外泌体清除策略增强化疗相关免疫应答
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本研究开发了一种基于生物正和代谢工程的Biordee策略,通过IgG Fc修饰的外泌体工程,有效促进巨噬细胞介导的吞噬作用,显著抑制化疗诱导的肿瘤外泌体释放,从而增强抗肿瘤免疫应答并抑制乳腺癌肝转移。该策略为肿瘤免疫治疗提供了新的思路。

 

文献概述
本文《Enhancing Chemotherapy-Related Immune Responses via Bioorthogonal Metabolic Engineering-Driven Tumor Exosomes Elimination》,发表于Advanced Science杂志,回顾并总结了一种新型外泌体清除策略——Biordee,用于增强化疗后的抗肿瘤免疫反应。文章系统性地评估了该策略在小鼠模型中的应用效果,显示其在减少化疗相关外泌体释放、激活T细胞免疫应答以及抑制肿瘤转移方面具有显著作用。

背景知识
肿瘤来源的外泌体(TExo)在肿瘤微环境调控、免疫逃逸和转移前生态位形成中发挥关键作用。特别是外泌体PD-L1可导致CD8+ T细胞功能耗竭,从而抑制系统性抗肿瘤免疫反应。此外,化疗虽为一线治疗,但其可诱导TExo释放,促进肿瘤转移。因此,开发高效清除TExo的策略对提高化疗疗效至关重要。当前已有研究尝试通过药物抑制外泌体生成,或利用纳米材料吸附外泌体,但这些方法受限于靶向效率和临床可行性。本文提出基于糖代谢工程和生物正交反应的Biordee策略,通过修饰肿瘤细胞膜,使外泌体携带叠氮基团,并与DBCO修饰的IgG Fc发生特异性反应,进而被巨噬细胞识别并吞噬。该方法在小鼠模型中有效抑制了化疗诱导的乳腺癌肝转移,同时增强免疫治疗效果,为肿瘤治疗提供了新的生物工程化路径。

 

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研究方法与实验
研究团队首先构建了mannose-N3@liposomes(Man@Lip)递送系统,通过糖代谢工程使肿瘤细胞膜表面表达叠氮基团(N3),进而分泌携带N3的外泌体(TExo-N3)。随后,将DBCO修饰的IgG Fc与TExo-N3进行生物正交反应,构建TExo-Fc。通过流式细胞术、共聚焦显微镜和ELISA等方法评估TExo-Fc与巨噬细胞的结合效率。在小鼠乳腺癌模型中,评估化疗联合Biordee策略对肿瘤生长、免疫微环境及转移的抑制作用。

关键结论与观点

  • Man@Lip系统可高效标记4T1细胞膜并促进其外泌体表面N3修饰,每个外泌体平均携带约3400个N3基团。
  • IgG Fc-DBCO通过生物正交反应成功修饰TExo-N3,形成TExo-Fc,其与巨噬细胞FcγRII/III受体结合,显著增强吞噬作用。
  • 在化疗小鼠模型中,Biordee策略有效减少外泌体PD-L1水平,提升抗肿瘤免疫应答,延长小鼠生存期。
  • TExo-Fc的清除作用不仅抑制化疗诱导的肝转移,还增强CD4+和CD8+ T细胞在肿瘤和肝脏中的浸润。
  • 该策略在不同PD-L1表达水平的乳腺癌模型中均显示出一致的转移抑制效果,表明其广泛适用性。
  • 安全性评估显示该策略对凝血功能和主要器官无显著毒性,具备临床转化潜力。

研究意义与展望
该研究提出了一种新型外泌体清除机制,通过生物正交反应促进巨噬细胞吞噬,有效缓解化疗诱导的免疫抑制。未来研究将聚焦于长期毒性评估、TExo清除的靶向特异性优化,以及该策略在其他肿瘤模型中的应用拓展。此外,该方法为外泌体工程化改造及免疫调控提供理论支持,有望与其他免疫检查点抑制剂联合应用,提升肿瘤免疫治疗疗效。

 

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结语
本研究首次将生物正交代谢工程应用于外泌体清除,通过构建TExo-Fc复合物,实现化疗后免疫微环境的重塑。该Biordee策略不仅有效抑制乳腺癌肝转移,还增强系统性抗肿瘤免疫应答。该方法具备良好的生物相容性与安全性,为肿瘤免疫治疗提供了新的生物工程工具。未来可进一步优化靶向性与特异性,拓展至其他癌症及慢性疾病治疗,推动临床转化研究。

 

文献来源:
Wentao Zhang, Tianyi Yang, Tian Jin, Miao Fan, and Yanrong Zhang. Enhancing Chemotherapy‐Related Immune Responses via Bioorthogonal Metabolic Engineering‐Driven Tumor Exosomes Elimination. Advanced Science.