IL-15功能化仿生杂交mRNA疫苗通过协同激活T细胞和NK细胞增强非小细胞肺癌免疫治疗

IL-15 functionalized biomimetic hybrid mRNA vaccine for enhanced NSCLC immunotherapy via synergistic activation of T cells and NK cells.

作者信息Jueshuo Guo, Li Peng, Penglong Ma, Yaping Mai, Ting Gao, Na Yu, Wenbao Zuo, Jianhong Yang
PMID40520563
发布时间2025-05-27
DOI10.1016/j.mtbio.2025.101914

实验完整度

包含体外细胞实验(BMDC、DC2.4、NK-92、LLC)、体内LLC荷瘤小鼠治疗和肿瘤复发模型,并进行功能验证(细胞增殖、凋亡、免疫细胞浸润)和机制验证(氧化应激、JAK1-STAT3通路、T-bet表达)。

主要模型

LLC荷瘤小鼠模型 小鼠LLC细胞系 小鼠骨髓来源树突状细胞(BMDCs) 人NK-92细胞系

重点核对

LLC荷瘤小鼠经鼻内给予LMPR,每只小鼠含10 μg mRNA,在第7、12、17、22天给药 LMPR中LM、鱼精蛋白和mRNA的比例为6:0.5:1 LPS刺激BMDCs的浓度为4 μg/mL,孵育时间为36小时 IL-15功能化BMDCM的制备中,IL-15浓度为60 ng/mL 体内实验中每组小鼠数量为6或10只

摘要

基于CD8+T细胞的mRNA疫苗代表了癌症免疫治疗的一种有前景的策略。然而,其发展受到肿瘤细胞上主要组织相容性复合体I类(MHC I)低表达的显著限制,这损害了有效的抗原呈递和T细胞识别。鉴于自然杀伤(NK)细胞可以以不依赖MHC的方式杀死肿瘤,T细胞和NK细胞的双重激活有可能增强免疫治疗的疗效。在此,我们开发了一种IL-15功能化的仿生杂交mRNA疫苗(LMPR),它与CD8+T细胞协同激活NK细胞,补偿MHC依赖性限制以增强抗肿瘤治疗。一旦接种,LMPR被树突状细胞(DCs)有效摄取,并成功翻译成抗原蛋白,以启动抗原特异性T细胞免疫应答。同时,IL-15/IL-15受体α(IL-15Rα)通过调节硫氧还蛋白系统的平衡诱导NK细胞的氧化应激耐受,从而促进NK细胞的增殖,并与CD8+T细胞协同发挥抗肿瘤作用。经鼻内给予路易斯肺癌(LLC)荷瘤小鼠后,LMPR显著促进CD8+T细胞和NK细胞的浸润,伴随干扰素-γ(IFN-γ)和颗粒酶B(GZMB)水平升高,表现出抑制肿瘤生长的优越细胞毒性。值得注意的是,LMPR有效促进T-bet的上调,从而丰富效应记忆T细胞(Tem)的分化以抑制肿瘤复发。因此,这种创新方法通过CD8+T细胞和NK细胞引发双重激活,对于增强治疗性mRNA疫苗的抗肿瘤免疫具有巨大潜力。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何通过同时激活CD8+T细胞和NK细胞,克服MHC I低表达对mRNA疫苗疗效的限制,以增强非小细胞肺癌的免疫治疗效果?
核心机制
LMPR通过IL-15/IL-15Rα复合物激活NK细胞,调节硫氧还蛋白系统平衡以诱导氧化应激耐受,并通过JAK1-STAT3信号通路促进颗粒酶B产生,同时上调T-bet促进效应记忆T细胞分化,实现CD8+T细胞和NK细胞的协同抗肿瘤效应。
主要证据
在LLC荷瘤小鼠模型中,LMPR显著抑制肿瘤生长、延长生存期,并促进CD8+T细胞和NK细胞浸润,升高IFN-γ和颗粒酶B水平;在肿瘤复发模型中,LMPR抑制肿瘤复发并促进Tem细胞浸润。
研究意义
该研究提供了一种新的mRNA癌症疫苗递送平台,通过协同激活T细胞和NK细胞,为增强免疫治疗疗效和预防肿瘤复发提供了潜在的策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

制备IL-15功能化仿生杂交膜

构建具有IL-15/IL-15Rα复合物表达和DC靶向能力的仿生杂交膜,为mRNA递送提供载体。

利用LPS刺激BMDCs过表达IL-15Rα,再与IL-15孵育形成IL-15c。提取IL-15c BMDCM,并与阳离子脂质体融合制备LM。

2

制备LMPR并表征

将CK19 mRNA负载到LM上,形成完整的mRNA疫苗递送系统,并验证其理化性质。

将CK19 mRNA与鱼精蛋白混合,再与LM混合形成LMPR。通过凝胶阻滞试验确定最佳比例,并检测粒径、Zeta电位和稳定性。

3

评估DCs对抗原的摄取和呈递

验证LMPR能否被DCs高效摄取、逃逸溶酶体并翻译抗原蛋白,从而激活DCs。

使用EGFP mRNA和mCherry mRNA评估DC2.4和BMDCs对LMPR的摄取和溶酶体逃逸;使用CK19 mRNA检测抗原蛋白翻译;通过FCM检测BMDCs表面共刺激分子和MHC I表达,通过ELISA检测细胞因子分泌。

4

评估NK细胞功能

验证LMPR是否能增强NK细胞的氧化应激耐受和增殖能力。

使用TBHP诱导NK-92细胞氧化应激,用CellROX Deep Red检测ROS水平,用CFSE染色检测NK-92细胞增殖,并用Western blot检测Trx和TXNIP表达。

5

评估体内抗肿瘤疗效

验证LMPR在LLC荷瘤小鼠模型中的抗肿瘤效果和安全性。

皮下接种LLC细胞建立肿瘤模型,经鼻内给予PBS、LPR或LMPR,监测肿瘤体积和生存期,并对肿瘤组织进行H&E、TUNEL和免疫荧光染色。

6

评估协同免疫应答

探究LMPR在体内诱导的免疫机制,特别是T细胞和NK细胞的协同激活。

通过FCM检测脾脏和肿瘤中的免疫细胞亚群,包括DCs成熟、CD4+T、CD8+T、Tem和NK细胞;通过WB检测JAK1-STAT3通路蛋白;通过ELISA检测血清细胞因子。

7

评估肿瘤复发抑制

验证LMPR是否能通过诱导免疫记忆抑制术后肿瘤复发。

建立肿瘤切除模型,术后经鼻内给予PBS、LPR或LMPR,监测复发肿瘤体积,并通过FCM和免疫荧光检测Tem和IFN-γ+细胞比例。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基Gibco11875093
胎牛血清Gibco10099141
小鼠IL-4PeproTech214-14
小鼠GM-CSFPeproTech315-03
DMEM培养基VivaCellC2910
MEM-α培养基VivaCellC3060
马血清VivaCellC2510
肌醇SolarbioI8050
β-巯基乙醇SolarbioM8210
叶酸yuanye BioTechnologyB83114
人IL-2PeproTech200-02
DOTAPAvanti Polar Lipids890890
胆固醇Sigma57885
DSPE-PEG2000Avanti Polar Lipids880120
甘露糖修饰的DSPE-PEG2000benrochem--
脂多糖SigmaL3129
小鼠IL-15PeproTech566302
Mem-PER™ Plus膜蛋白提取试剂盒Thermo Fisher89842
BCA蛋白定量试剂盒KeyGEN BioTECHKGB2101
小鼠IL-15/IL-15R复合物ELISA试剂盒Multi SciencesEK215R
CK19 mRNABiOligo Biotechnology--
鱼精蛋白sigma9012-00-4
考马斯亮蓝染色液SolarbioP1305
无蛋白快速封闭液ServicebioG2052
化学发光试剂盒ServicebioG2014
CCK-8试剂盒MeilunBioMA0218
LysoTracker Green溶酶体绿色荧光探针BeyotimeC1047S
Hoechst 33342核酸染料SolarbioC0031
总蛋白提取试剂盒KeyGEN BioTECHKGB5303
IFN-γ ELISA试剂盒Multi SciencesEK280
IL-12p70 ELISA试剂盒Multi SciencesEK212
TNF-α ELISA试剂盒Multi SciencesEK282
人IL-15PeproTech570304
CellROX Deep Red试剂盒ThermoFisherC104491
N-乙酰半胱氨酸----
SYTOX死细胞染料----
IV型胶原酶Solarbio9001-12-1
DNA酶ISolarbio9003-98-9
CD16/32抗体BioLegend101301
APC抗小鼠CD11c抗体BioLegend117310
FITC抗小鼠MHC I抗体Thermo Fisher11-5958-82
PerCP/Cyanine5.5抗小鼠CD3抗体BioLegend100218
PE抗小鼠CD4抗体BioLegend100407
APC抗小鼠CD8α抗体BioLegend100712
APC抗小鼠NK1.1抗体BioLegend108710
PE抗小鼠CD107α抗体BioLegend121611
PE抗小鼠CD62L抗体BioLegend104407
FITC抗小鼠/人CD44抗体BioLegend103005
PE抗小鼠IFN-γ抗体BioLegend163504
Alexa Fluor® 700抗人/小鼠颗粒酶B抗体BioLegend372221
RNAsimple总RNA提取试剂盒TiangenDP419
PrimeScript RT试剂盒Takara--
TB Green Premix EX TaqIITakara--
抗Na+/K+ ATPase抗体Biossbs-1152R
抗IL15Rα抗体ThermoFisherPA5-79467
抗细胞角蛋白19抗体Proteintech10712-1-AP
抗GAPDH抗体ImmunowayYM3029
抗硫氧还蛋白/TRX抗体abcamab133524
抗TXNIP抗体abcamab188865
JAK1抗体ImmunowayYT2424
磷酸化JAK1 (Tyr1022)抗体Zenbio340777
STAT3抗体ImmunowayYT4443
AKT抗体ImmunowayYT0185
磷酸化AKT (Thr308)抗体Zenbio341790
HRP标记的二抗Zenbio--
抗小鼠CD11c抗体Biolegend117310
抗小鼠IL-15Rα抗体Thermo Fisher12-7149-82
抗CD86抗体Biolegend159204
抗CD80抗体Biolegend104707
迷你挤出器Avanti Polar Lipids--
马尔文激光粒度仪(ZS90)Malvern--
凝胶成像系统Gel Doc XR+Bio-Rad--
酶标仪(Tecan infinite M200 Pro)Tecan--
流式细胞仪----
共聚焦激光扫描显微镜ZeissLSM900
荧光显微镜(EVos auto2)Thermo Fisher--
BD FACSVerse™流式细胞仪BD Biosciences--
荧光显微镜----
CFX96实时荧光定量PCR检测系统Bio-Rad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养
BMDCs培养中IL-4和GM-CSF浓度均为20 ng/mL;DC2.4、LLC、NK-92细胞的培养基和添加物
阅读提示:Methods 2.1 Cell extraction and cell culture
LMPR制备
脂质成分摩尔比(DOTAP:胆固醇:DSPE-PEG2000:DSPE-PEG2000-mannose = 2:2:0.3:0.05);LM/mRNA/鱼精蛋白比例(6:0.5:1)
阅读提示:Methods 2.2 和 2.4
IL-15功能化BMDCM制备
LPS刺激浓度(4 μg/mL)和时间(36小时);IL-15孵育浓度(60 ng/mL)和时间(30分钟)
阅读提示:Methods 2.3
体内抗肿瘤实验
LLC细胞接种量(1×10^6 cells);给药途径(鼻内);给药时间(第7、12、17、22天);mRNA剂量(10 μg/只);每组动物数(治疗实验6只,生存实验10只)
阅读提示:Methods 2.12 Therapeutic vaccination experiments
肿瘤复发模型
手术时间(接种后第10天);给药时间(术后第10、15、20、25天);每组动物数(3只)
阅读提示:Methods 2.13 The suppression of tumor recurrence