Biomaterials：温州医科大学谢聪颖等揭示了NO供体同时抑制PD-L1和COX-2在致敏肿瘤免疫治疗中的新作用

由于在低氧条件下DNA损伤减少，以及放疗后程序性死亡配体1（PD-L1）和环氧合酶2（COX-2）表达增加引起的细胞保护和免疫耐药效应，某些肺癌患者表现出对放疗的耐药性。目前，现有纳米颗粒或药物几乎无法有效、轻松地同时解决高效放疗面临的障碍，尤其是同时抑制PD-L1和COX-2的表达。

2025年4月13日，温州医科大学谢聪颖、沈建良、Zhou Zaigang共同通讯在Biomaterials上在线发表题为“Overcoming radiation-induced PD-L1 and COX-2 upregulation by nitric oxide gas nanogenerator to sensitize radiotherapy of lung cancer”的研究论文。该研究证明典型的一氧化氮（NO）气体供体可以共同抑制PD-L1和COX-2的表达，揭示了NO在逆转肿瘤免疫治疗耐药性中可能尚未完全证明的作用。

然后，为实现肿瘤中特异性产生NO，设计并制备了一种名为SAB-NO纳米颗粒的肿瘤谷胱甘肽（GSH）响应性NO气体纳米发生器，该纳米发生器由NO供体亚硝酸异戊酯与血清白蛋白（SAB）偶联组成。SAB-NO纳米颗粒通过逆转肿瘤缺氧产生更多的DNA损伤，并通过降低PD-L1表达来损害DNA损伤修复过程，从而打破体外放疗面临的细胞保护作用，更有效地增强放射治疗效果。随后，SAB-NO纳米颗粒和放疗的联合治疗通过PD-L1和COX-2的共同抑制避免了单独放疗诱导的一些潜在免疫耐药效应，有效地将“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤。总之，放疗和SAB-NO纳米颗粒的联合治疗几乎完全抑制了肺肿瘤的生长，揭示了NO供体通过避免潜在的细胞保护和免疫耐药作用在致敏肿瘤免疫治疗中的新作用。

目前，放疗被广泛用于肺癌等多种实体瘤的姑息性或治愈性治疗。通过在氧气充足的情况下产生活性氧（ROS），放疗可以通过诱导DNA损伤来促进肿瘤细胞凋亡。除此之外，放疗还可以通过增加抗原表达和呈递来增强肿瘤中T细胞的浸润，以及诱导免疫原性细胞死亡（ICD），如放大高迁移率族1（HMGB1）的释放和诱导钙网蛋白（CRT）的肿瘤膜定位，从而调节免疫微环境以杀死肿瘤细胞。因此，放疗是一种有效、经济且易于操作的肺肿瘤治疗策略。遗憾的是，实体肺肿瘤普遍存在的缺氧状态难以产生足够的ROS和DNA损伤。此外，放疗诱导的干扰素-γ（IFN-γ）提高肿瘤中PD-L1的表达，从而导致T细胞浸润和活性受损，并通过稳定DNA损伤修复相关蛋白的mRNA加速DNA损伤修复过程。放疗介导的促炎微环境诱导COX-2分泌增加，同时表现出细胞保护和免疫抵抗作用，导致肿瘤细胞凋亡减少和T细胞活性有限。从理论上讲，由于肿瘤缺氧、COX-2分泌增加和PD-L1表达增加，放射治疗的理想状态仍未实现，可以进一步增强放射治疗效果。

目前，PD-1/PD-L1抗体（如纳武利尤单抗、帕博利珠单抗和durvalumab）常在临床中用于阻断细胞膜上的PD-1/PD-L1轴。然而，细胞质分布的PD-L1蛋白会稳定DNA损伤修复相关蛋白（如RAD50和NBS1）的mRNA，以加速放疗或化疗诱导的DNA损伤修复过程，从而导致放疗或化疗效果有限。鉴于大多数PD-1/PD-L1抗体在影响细胞质定位的PD-L1蛋白功能方面存在缺陷，更不用说逆转肿瘤缺氧的能力，PD-1/PD-L1抗体并不是致敏放疗的理想选择。为弥补PD-1/PD-L1抗体的缺陷，相关学者开发了一些破坏氧化磷酸化（OXPHOS）代谢纳米颗粒或小分子抑制剂。OXPHOS抑制剂或代谢破坏纳米颗粒可以减少耗氧量以逆转肿瘤缺氧，还可以提高二磷酸腺苷（ADP）/三磷酸腺苷（ATP）比率，以激活腺苷5′-单磷酸（AMP）活化蛋白激酶（AMPK）通路。随后，AMPK激活可以促进PD-L1在S195位点的磷酸化，从而削弱PD-L1蛋白的糖基化，扩增蛋白酶体对PD-L1蛋白的降解。可以看出，氧化磷酸化（OXPHOS）抑制剂或代谢破坏纳米颗粒而不是PD-1/PD-L1抗体似乎更能使放疗敏感。考虑到OXPHOS抑制剂或代谢破坏纳米颗粒可以诱导促炎微环境并增强ROS生成，这些策略可能会提高COX-2的分泌，从而在放疗后表现出细胞保护和免疫抵抗作用。因此，迫切需要可以同时、选择性、轻松解决放疗缺陷的新方法。

图1 SAB-NO纳米颗粒的合成及其增强放疗和免疫治疗机制示意图（摘自Biomaterials）

过去的二十年里，气体疗法表现出显著的抗肿瘤功效。众所周知，NO是一种内源性抑制剂，通过抑制细胞色素氧化酶（复合物IV）的酶功能，极大地影响了线粒体功能，降低线粒体耗氧量以逆转肿瘤缺氧。此外，研究还发现，NO供体可以阻止ATP的产生，从而导致ADP/ATP比值升高。理论上讲，NO可能通过诱导AMPK通路激活同时抑制细胞膜和细胞质定位的PD-L1，但有待于进一步研究。此外，使用小檗碱、Bilobalide、Querctin或AICAR激活AMPK或影响其下游mTOR通路可诱导COX-2的下调。因此，NO也可能有效降低COX-2的表达，仍需进一步证明。总而言之，作者相信NO具备抑制PD-L1和COX-2的能力，可以最有效地解决放疗面临的大部分问题。

与常见化合物不同，NO反应性高，生物半衰期短。因此，NO必须在肿瘤部位给药，以改善其治疗效果。为解决该问题，已经开发了L-精氨酸（L-Arg）、硝酸钠、S-（2,4-二硝基苯基）-谷胱甘肽和亚硝酸异戊酯等不同种类的NO供体。即便如此，几乎所有的NO供体仍无法显示理想的肿瘤分布和肿瘤特异性NO递送。为更好地实现肿瘤中NO的选择性生成，作者将NO供体亚硝酸异戊酯与SAB偶联合成了GSH反应性S-亚硝基血清白蛋白（SAB-NO）纳米颗粒。SAB-NO纳米颗粒通过逆转肿瘤缺氧产生更多的DNA损伤，打破体外放疗存在的肿瘤细胞保护问题。此外，SAB-NO纳米颗粒还通过降低PD-L1表达来抑制DNA损伤修复过程，SAB-NO纳米颗粒和放疗的联合治疗（而不是单一的放疗）通过PD-L1和COX-2的共同抑制有效地将“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤。综上所述，放疗和SAB-NO纳米颗粒的联合治疗最终几乎完全抑制了局部和远端肺肿瘤的生长，揭示了NO供体同时抑制PD-L1和COX-2在致敏肿瘤免疫治疗中的新作用。

参考消息：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961225002546?via%3Dihub