光熱療法(PTT)是利用光敏劑在近紅外(NIR)光照射下產生足夠的熱量來殺死腫瘤細胞并誘導抗腫瘤免疫，具有高選擇性和微創性，已成為一種有希望的有效癌癥治療方法。然而，由于腫瘤組織中存在復雜的生理和病理屏障，光的穿透深度有限，光敏劑在瘤內的積累和分布不足，使得PTT對實體瘤的治療效果受到影響，尤其是大型實體瘤。PTT誘導的抗腫瘤免疫不足以結合腫瘤免疫抑制微環境控制殘留腫瘤細胞的生長，導致腫瘤復發轉移。因此，制定聯合治療策略以提高PTT的治療效果是十分必要的。
最近，華中科技大學生命科學與技術學院、國家納米藥物工程技術研究中心楊祥良教授、甘璐教授團隊在Nature Communications雜志上發表了題為“Reversing insufficient photothermal therapy-induced tumor relapse and metastasis by regulating cancer-associated fibroblasts”的文章。提出了通過調節癌癥相關的成纖維細胞來逆轉光熱療法不足誘導的腫瘤復發和轉移。
腫瘤相關成纖維細胞(CAFs)是實體腫瘤微環境中最豐富的基質成分之一，通過產生多種細胞外基質(ECM)蛋白和調控分子，在腫瘤的發生、發展、轉移、治療性耐藥和免疫逃避中發揮重要作用。CAFs可以構建和重塑ECM結構，形成一個物理屏障，阻礙治療藥物的傳遞和細胞毒性CD8+ T細胞的腫瘤浸潤。此外，CAFs分泌大量的生長因子和促炎細胞因子及趨化因子，如轉化生長因子-β (TGF-β)、白細胞介素-6 (IL-6)和cc趨化因子配體2 (CCL2)，以減少T細胞反應，招募免疫抑制細胞協助腫瘤免疫逃避。調節CAFs可能是提高PTT在癌癥治療中的療效的一種策略。鈣泊三醇(Cal)，一種維生素D受體(VDR)配體，被發現通過轉錄使CAFs失活到靜止狀態，增加脂滴存儲和降低成纖維細胞激活標記α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)的表達，從而顯著削弱CAFs支持腫瘤生長的能力。然而，如何實現Cal和光敏劑靶向投遞腫瘤組織以提高治療效果仍然是一個很大的挑戰。
在這里，腫瘤細胞衍生的細胞微粒(MPs)共傳遞吲哚菁綠(ICG)，一種已被美國食品和藥物管理局(FDA)批準的近紅外熒光染料和Cal(標記為Cal/ICG@MPs)，可專門針對腫瘤組織，增強抗腫瘤治療。Cal/ICG@MPs可有效調控瘤內CAFs，減少腫瘤ECM，增強ICG在腫瘤內的積聚和穿透。在808 nm激光照射下，Cal/ICG@MPs可誘導腫瘤細胞的免疫原性細胞死亡(ICD)，促進樹突狀細胞(DC)成熟和CD8+ T細胞活化。同時，Cal/ICG@MPs觸發的CAF調控可有效增加CD8+ T細胞在腫瘤深部組織中的分布。
實驗部分
CAF調控不僅征募CD8+T細胞并影響抗原介導的CD8+T細胞死亡，還重塑腫瘤ECM以改善CD8+T細胞在腫瘤內的分布。為了研究Cal/ICG@MPs介導的CAF調控對腫瘤內CD8+ T細胞的影響，文中采用PBS、ICG、Cal/ICG、ICG@MPs、Cal@MPs或Cal/ICG@MPs靜脈注射基質豐富的H22載瘤小鼠，每2天注射2次，然后用808 nm激光照射腫瘤部位10min，免疫熒光染色觀察α-SMA+ CAFs和CD8+ T細胞在腫瘤組織中的分布。
Figure 1
文中使用了StrataQuest分析軟件(TissueGnostics, Asia Pacifific limited, China)進行數據分析。軟件根據DAPI通道的信號識別細胞核，然后通過細胞質通道信號構建一個mask。在生成的mask上找到α-SMA和CD8陽性信號的定位。通過分析發現，α-SMA表達在Cal/ICG@MPs治療組顯著降低，證實Cal/ICG@MPs有效調控CAFs。
Figure 2
808 nm激光照射Cal/ICG@MPs組與ICG@MPs 組相比檢測到更多的CD8+ T細胞。同時，通過StrataQuest分析軟件利用距離變換計數距離CAFs 50 μm的CD8+ T細胞，定量觀察CAFs周圍CD8+ T細胞的數量。結果發現808 nm激光照射Cal/ICG@MPs處理組α-SMA+ CAFs附近的CD8+ T細胞數量約為ICG@MPs 808 nm激光照射組的4倍，進一步證實Cal/ICG@MPs可減弱CAFs誘導的CD8+ T細胞在PTT作用下的抗原介導的細胞死亡。此外，與其他各組相比，808 nm激光照射Cal/ICG@MPs處理組中CD8+ T細胞分布在腫瘤深部組織中更多，這可能與CAF調控腫瘤ECM減少有關。這些結果表明，Cal/ ICG@MPs可以有效地改善PTT對CD8+ T細胞的腫瘤內分布。
本研究的數據表明，Cal/ICG@MPs可以有效靶向腫瘤組織，調節CAFs降低腫瘤ECM，不僅可以增強ICG的腫瘤積累和滲透，增強PTT誘導的CD8+ T細胞介導的抗腫瘤免疫，還可以通過重塑腫瘤免疫抑制微環境，增強CD8+ T細胞的腫瘤浸潤，改善CAFs誘導的CD8+ T細胞抗原介導的AICD對PTT的響應。Cal/ICG@MPs在808 nm激光照射下，通過誘導長期的抗腫瘤免疫記憶，有效抑制腫瘤的復發和轉移。這些結果表明，Cal/ ICG@MPs是一個有望獲得更好治療腫瘤PTT療效的平臺。
文中使用了StrataQuest分析軟件(TissueGnostics, Asia Pacifific limited, China)進行數據分析，結果通過散點圖或直方圖展示，并可以通過回溯功能驗證結果的準確性。StrataQuest分析軟件不僅可以在單細胞水平上定量分析腫瘤不同標記物的陽性水平，也可以在空間范圍內分析不同標記陽性細胞間的距離關系，揭示不同細胞在組織內的分布關系。