研究介紹

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迄今為止，大多數(shù)腫瘤疫苗候選物未能取得臨床進展，原因是缺乏有效的抗原遞送和佐劑。2024年8月20日，四川大學魏霞蔚團隊在《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，構建出一種線粒體工程平臺，用于遞送豐富的有效抗原和佐劑，激活強大的抗腫瘤免疫，有效的解決了這一問題。

研究背景

Background

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

鳥氨酸轉氨甲酰酶（OTC）：是線粒體基質酶的細胞質合成前體，通過其NH2-末端前導肽錨定在線粒體上。使用OTC的線粒體定位信號肽，可實現(xiàn)外源或內源抗原導入線粒體，構建具有充足天然佐劑來源的DC靶向遞送系統(tǒng)。

該研究旨在利用編碼抗原序列和OTC前導序列的慢病毒載體，建立一個線粒體工程平臺，生成富含抗原的線粒體作為腫瘤疫苗。體內實驗表明，含有模型抗原卵清蛋白（OVA）和酪氨酸酶相關蛋白2（TRP2）的工程線粒體 (OVA-MITO 和TRP2-MITO) 有效募集和激活了DC，誘導了腫瘤特異性免疫，該過程涉及TLR2 通路及其脂質激動劑，即來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)質載體，可以優(yōu)先靶向局部DC并發(fā)揮強大的適應性腫瘤免疫。這種通用的疫苗平臺，可根據(jù)疾病種類攜帶對應的抗原，具有強大的臨床應用的潛力。

研究亮點

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1、構建了一種通用的工程線粒體疫苗平臺，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。

研究結果

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一、模型抗原富集線粒體疫苗平臺的構建和效果評價

以OVA或TRP2為模型抗原，構建含有OTC前導序列和選定長度抗原序列的線粒體導向抗原質粒，通過慢病毒載體感染篩選獲得穩(wěn)定表達模型抗原的B1-F10細胞系（B16OVA和B16TRP2）。熒光結果表明，模型抗原在線粒體中定位富集（Fig.1）。從B16OVA和B16TRP2細胞中提取線粒體，制備成腫瘤疫苗OVA-MITO和TRP2-MITO。在小鼠治療性和預防性模型中， OVA-MITO和TRP2-MITO 都顯著抑制了腫瘤生長并延長了生存期，表現(xiàn)出強大的抗腫瘤效果。

Fig.1

二、工程線粒體疫苗的免疫激活作用

體內實驗表明，OVA-MITO實現(xiàn)了皮膚和引流淋巴結中DC的重分布，增加了淋巴結中的DC，并加速了對OVA-MITO的吞噬，有效激活了DC，其DC成熟標志物CD80、CD86、CD40和MHC II的表達水平均顯著上調。（Fig.2A-I）

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

Fig.2

進一步流式結果表明，OVA-MITO疫苗能顯著增加細胞毒性T淋巴細胞（CTL）和OVA特異性CD8+ T細胞的數(shù)量，降低抑制性免疫細胞的浸潤，增加Granzyme B和IFN-γ的分泌，增強CTL的殺傷能力。此外，OVA-MITO處理增加了小鼠脾臟中記憶T細胞的比例，表明工程線粒體疫苗促進了免疫記憶的形成。（Fig.3）

Fig.3

三、工程線粒體疫苗免疫激活的機制研究

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

Fig.4

體外實驗表明，CL與DC共培養(yǎng)能顯著誘導DC成熟，且TLR2敲除的DC在CL刺激下，DC成熟標志物表達幾乎無變化。（Fig.5A-C）

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

以上結果證明，來自線粒體的CL通過TLR2通路促進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。

Fig.5

研究討論

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本研究表明，工程線粒體腫瘤疫苗平臺通過導入指定抗原，在對應的腫瘤模型中取得了強大的抗腫瘤治療效果。疫苗通過CL和TLR2通路發(fā)揮免疫激活作用，誘導了強大的適應性免疫。此外，該工程線粒體腫瘤疫苗平臺生產(chǎn)方便、副作用小、安全性高，值得在臨床試驗中進一步研究。未來，工程線粒體可以作為開發(fā)傳染病預防性疫苗的抗原遞送平臺。

參考文獻

[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