重庆大学罗阳、杨纪春团队ACS Nano：时空可控DNA水凝胶网络，实现精准抗转移治疗

癌症是全球致死率最高的疾病之一，超过90%的死亡由肿瘤转移导致。当前化疗虽能消融原发灶，却因肿瘤微环境的免疫抑制特性和异质性，难以阻止循环肿瘤细胞（CTCs）在治疗过程中脱落。这些CTCs通过血液迁移至远端器官，成为转移的“种子”。尽管靶向纳米载药系统可减轻化疗毒性，但CTC的防控仍是国际难题。

重庆大学医学院罗阳教授、杨纪春副教授和清华大学许华平教授、国家纳米科学中心梁兴杰研究员合作提出“SNARE”（龟入瓮中）的时空可控DNA水凝胶网络。该系统通过双模块协同：EpCAM适体识别模块精准锚定肿瘤边界，智能纳米载体模块响应肿瘤微环境pH值实现水凝胶按需自组装。SNARE将肿瘤禁锢于局部空间，从根源阻断CTC脱落，同时激活免疫原性细胞死亡（ICD）和cGAS-STING通路，并通过表皮生长因子受体（EGFR）通路内源性下调PD-L1，形成“固定化-免疫激活-免疫调节”三重抗转移机制。相关论文以“A Spatiotemporally Controllable DNA Hydrogel Mesh for Focused Antimetastasis Therapy of Cancer”为题，发表在ACS Nano上。

示意图1.SNARE用于癌症聚焦抗转移治疗的方案。

智能载体精准投送

研究人员设计核壳结构纳米载体ZIF-8@CMCS（Z@C）：ZIF-8核在pH 5.5（肿瘤细胞内）降解，CMCS外壳在pH 6.5（肿瘤微环境）解离。该载体负载化疗药吉西他滨（GEM）和适体-引发链（A-I），透射电镜（TEM）与元素图谱证实其100 nm的粗糙表面及双层结构（图1b-d）。电荷翻转实验显示，CMCS在弱酸性环境中脱落使载体表面由负转正，显著提升细胞摄取效率（图1f）。在三维肿瘤微球模型中，载体穿透深度达364 μm（图1g），为体内应用奠定基础。

图1 可逆纳米载体模块的性能验证 (a) 核壳结构纳米载体制备流程；(b-c) ZIF-8和Z@C的TEM图像；(d) Z@C元素分布图；(e) 载药载体TEM图像；(f) pH依赖的细胞摄取流式分析；(g) 肿瘤微球中载体渗透的共聚焦图像；(h) A-I链与ZIF-8/EpCAM结合能的DFT计算。

水凝胶捕获肿瘤细胞

EpCAM适体引导的杂交链反应（HCR）在2小时内形成DNA水凝胶网络（图S21）。该网络对高表达EpCAM的结直肠癌细胞SW620和乳腺癌细胞MCF-7表现出特异性捕获能力（图2a-c），迁移侵袭实验证实其有效抑制癌细胞扩散（图2d-e）。单细胞追踪显示，水凝胶将癌细胞运动限制在局部区域（图2f）。在三维肿瘤微球中，水凝胶在表面快速形成“牢笼”，阻止癌细胞脱落（图2g-h），且外泌体分泌显著降低。

图2 DNA水凝胶模块的捕获性能 (a) EpCAM适体与不同细胞的结合共聚焦图像；(b) 细胞特异性捕获示意图；(c) 混合细胞捕获结果；(d-e) 迁移侵袭实验定量分析；(f) 单细胞运动轨迹追踪；(g) 肿瘤微球凝胶化共聚焦切片；(h) 水凝胶抑制微球解离的明场图像；(i) 水凝胶用量与微球直径的数学关系模型。

免疫调控新机制

分子对接证实EpCAM适体通过氢键与靶蛋白结合（图3a），抑制β-连环蛋白核转位和皮层蛋白表达，降低癌细胞迁移能力（图3c-e）。更重要的是，适体阻断EpCAM与EGFR相互作用，下调ERK磷酸化，进而内源性降低PD-L1表达（图3f-h）。水凝胶的有序交联网络使适体-靶标结合亲和力提升（Kd从5.1×10⁻⁸降至4.3×10⁻⁸ mol），显著增强PD-L1调控效果。这种内源调控优于直接靶向PD-L1的抗体或适体，为免疫检查点抑制剂开发提供新思路。

图3 免疫调控机制与体外抗肿瘤效果 (a) 适体-EpCAM分子对接模型；(b) EGFR通路免疫调控示意图；(c) 皮层蛋白表达分析；(d-e) 划痕与侵袭实验；(f-g) EGFR/ERK/PD-L1的蛋白印迹；(h) PD-L1共聚焦图像；(i) 细胞存活率；(j) 活死细胞染色；(k) 细胞凋亡流式分析。

协同免疫激活

GEM诱导ICD效应，促进钙网蛋白（CRT）暴露和高迁移率族蛋白1（HMGB1）、ATP释放（图4b-c）。同时，GEM产生的双链DNA激活cGAS-STING通路，提升STING-TBK-IRF3磷酸化水平。这些信号驱动树突细胞（DC）成熟（图4e），增强T细胞杀伤活性。转录组分析显示，SNARE治疗组1468个基因上调，涉及细胞因子受体互作、TNF和p53通路；507个基因下调，抑制Wnt和MAPK信号（图4h-i）。

图4 体外免疫激活与转录组分析 (a) ICD免疫激活示意图；(b-c) CRT/HMGB1免疫荧光；(d) DC成熟示意图；(e) DC成熟流式结果；(f) 基因表达相关性热图；(g) 主成分分析；(h) 差异基因火山图；(i) KEGG通路富集分析；(j) 蛋白互作网络。

活体高效抗转移

在结直肠癌小鼠模型中，SNARE在肿瘤部位3小时内完成凝胶化（图5b-c）。GEM/Z@C+水凝胶组肿瘤抑制率最高（图5d），且主要器官无损伤。免疫荧光证实其显著提升CRT/HMGB1水平，并下调PD-L1（图6a）。CTC检测显示，治疗组血液中CTC数量锐减（图6e-f），肺转移结节减少（图6g-i）。更关键的是，治疗组小鼠在二次肿瘤攻击中依靠长期免疫记忆有效抑制转移（图6k），脾脏中央记忆T细胞比例达24.4%（图S69）。该系统在乳腺癌模型中也展现普适性。

图5 体内抗肿瘤效果 (a) 治疗流程示意图；(b-c) 水凝胶体内形成荧光监测；(d) 肿瘤体积变化曲线；(e) 肿瘤照片；(f) 肿瘤组织H&E、Ki67、Tunel染色。

图6 体内免疫激活与抗转移效应 (a) CRT/HMGB1/PD-L1肿瘤组织荧光；(b) DC成熟与T细胞流式分析；(c) T细胞定量；(d) 细胞因子检测；(e) 对照组CTC荧光图像；(f) CTC数量统计；(g) 肺转移结节（Bouin染色）及H&E切片；(h-i) 肺结节与肺重定量；(j) 长期免疫记忆实验设计；(k) 免疫记忆组肺转移抑制结果。

临床展望

SNARE首次实现通过时空可控水凝胶网络在体“活捉”肿瘤细胞，根源性阻断转移链。其独特的内源性PD-L1调控和免疫记忆激活能力，为开发替代性免疫检查点抑制剂提供新范式。通过替换适体识别模块，该平台有望拓展至多种高转移癌症治疗，成为抗癌转移的通用型武器。

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