ACS Nano：南京大学宋玉君等团队研究设计相分离工程化纳米马达双靶向脾-肿瘤以逆转T细胞耗竭 - 癌症研究专区 - 生物谷

抗原的持续刺激常诱导CD8+T细胞发生耗竭，进而削弱免疫治疗效果。

2026年1月29日，南京大学宋玉君、Wang Meng和南京工业大学王玉珍、南京医科大学何帮顺共同通讯在ACS Nano在线发表题为Phase-Separation Engineered Nanomotors Enable Spleen-Tumor Dual Targeting to Reverse T-Cell Exhaustion的研究论文。

研究通过细胞膜相分离技术构建了Janus纳米马达（PML@fmPtNMs），为实现动态免疫调控提供了一种有效策略。与传统纳米颗粒的制备方式不同，带负电的金属纳米颗粒可诱导细胞膜发生自发性凝胶-流体相区分离，形成具有固有不对称性、模块化特征及扩散迁移能力增强的稳定Janus结构。

这种仿生设计赋予纳米马达向脾脏与肿瘤组织的双重炎症趋化能力，可实现对T细胞与肿瘤细胞的选择性靶向。该纳米马达共递送二甲双胍与CRISPR/Cas9，协同逆转T细胞耗竭并破坏肿瘤的色氨酸代谢。

临床前研究表明，该平台可改善CD8+T细胞的线粒体呼吸功能，抑制肿瘤生长。除治疗效果外，该研究还为基于智能生物材料的纳米马达研发奠定了基础，凸显了相分离工程在制备下一代纳米材料中的应用潜力：模块化的Janus结构可灵活定制，天然细胞膜的应用提升了其生物相容性，而相分离原理还可广泛拓展至其他递送系统中。

以葡萄糖、尿素、活性氧（ROS）等生理化学底物为驱动源的纳米马达（NMs），凭借其优异的组织穿透能力，已成为生物医用纳米材料领域的研究热点。其中，具有不对称结构的Janus纳米马达可响应底物浓度梯度产生更强的定向运动能力，为器官靶向治疗策略提供了新思路。

在肿瘤发生发展过程中，免疫激活常使脾脏与肿瘤组织中的活性氧水平升高，进而形成局部生理浓度梯度，为纳米马达的趋化靶向性提供了天然的生理基础。但考虑到脾脏在免疫调控中的核心作用，递送载体的设计需避免过度免疫激活引发免疫相关疾病的风险，大幅缩小了可用纳米材料的选择范围，也使得许多已报道的活性纳米马达难以适用。

为解决这一难题，可利用细胞膜修饰纳米颗粒，既避免纳米材料被免疫系统识别，又能借助归巢效应实现其在病变部位的优先富集。同时，由膜流动性差异驱动的相分离现象，已在人工细胞、药物递送等领域被广泛研究。该研究推测，脂膜流动性诱导的相分离可为构建几何不对称纳米马达提供结构基础，通过工程化修饰细胞膜，既能提升材料的生物相容性，又能增强其定向运动能力，进而实现更高效的组织穿透。

肿瘤进展会引发一系列炎症反应并释放特异性生物标志物，不仅会促进肿瘤的进一步生长和转移，还会激活机体免疫系统。尽管已有大量研究聚焦于通过阻断肿瘤细胞表面的免疫检查点来增强抗肿瘤免疫应答，但持续的炎症信号、免疫抑制细胞的大量浸润以及肿瘤细胞对代谢底物的消耗，往往会导致脾脏和肿瘤微环境中的CD8+ T细胞发生功能异常与耗竭。

这类耗竭型CD8+ T细胞的典型特征为程序性死亡受体1（PD1）、T细胞免疫球蛋白黏蛋白分子3（TIM3）等抑制性标志物过表达，同时还会因线粒体去极化（MtD）出现功能受损。耗竭型CD8+ T细胞的存在会显著降低免疫治疗效果，严重制约抗体药物的临床应用效果。因此，开发靶向调控脾脏T细胞的策略，对于恢复有效的抗肿瘤免疫应答至关重要。

图1 PML@fmPt NM的制备及脾脏和肿瘤双靶基因编辑治疗机制示意图（摘自 ACS Nano ）

事实上，科研人员已探索过多种通过功能化纳米材料（如脂质纳米颗粒）实现脾脏靶向的策略。但纳米颗粒的被动扩散作用会因网状内皮系统的清除作用导致靶向效率不佳，单纯通过放大免疫激活效应来增强抗肿瘤应答，并不能阻止由T细胞耗竭引发的肿瘤免疫逃逸。

因此，迫切需要开发实现对脾脏T细胞主动靶向的新策略，，并逆转其耗竭状态。作为炎症信号调控的核心枢纽，NLRP3炎症小体的过度激活被认为是损害免疫细胞功能的关键因素，其作用机制为促进线粒体活性氧的过量产生、诱导线粒体损伤并上调PD1的表达。

同时，NLRP3炎症小体还被证实会驱动肿瘤细胞中PD-L1的表达，表明抑制NLRP3可为肿瘤免疫治疗提供一种双重调控机制。此外，机体持续暴露于免疫原性刺激下，加之肿瘤细胞对代谢底物的消耗，会进一步加剧CD8+T细胞的耗竭。如肿瘤细胞会通过消耗色氨酸来逃避免疫监视，凸显出调控肿瘤微环境中的色氨酸代谢，是一种具有潜力的免疫调控策略。

基于上述研究，作者设计了一种双靶向基因编辑纳米马达，旨在逆转脾脏和肿瘤组织中CD8+ T细胞的耗竭状态。该研究先对小鼠细胞毒性T淋巴细胞系CTLL2细胞的细胞膜进行分离，再采用甲基-β-环糊精（M-β-CD）处理该细胞膜，通过去除膜内胆固醇提升其膜流动性，将临床获批的代谢调节剂二甲双胍包封于两性离子纳米凝胶（PMPC，记为P）中，使其可分别调控淋巴细胞和肿瘤细胞的葡萄糖与色氨酸代谢。

同时，将靶向NLRP3炎症小体的CRISPR/Cas9质粒与该纳米凝胶进行静电复合，形成纳米马达核心（PML），再将其与流化后的细胞膜共挤出，得到PML@fm复合物。随后向该复合物中掺入柠檬酸盐-铂（cit-Pt）纳米颗粒，借助羧基与季铵基之间的静电相互作用诱导局部凝胶化与相分离，最终制备得到雅努斯结构的PML@fmPt纳米马达（NMs）。

在铂纳米颗粒的催化作用与T细胞膜的归巢效应共同驱动下，PML@fmPt纳米马达可通过活性氧趋化作用实现对脾脏和肿瘤组织的双靶向。在上述靶部位，CRISPR/Cas9可沉默免疫细胞与肿瘤细胞中的NLRP3实现免疫重编程，同时二甲双胍发挥调控葡萄糖和色氨酸代谢的作用。

综上，该研究提出的策略可逆转脾脏中T细胞的耗竭状态，改善肿瘤代谢微环境，进而协同增强T细胞的抗肿瘤功能并抑制肿瘤免疫逃逸。同时，该研究还构建了一个用于制备细胞膜功能化Janus纳米马达的模块化平台，凸显了这类纳米材料作为下一代医用纳米递送载体的巨大潜力。

参考消息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c20175