IF=26.6 | 源井Luc细胞助力脑肿瘤活体成像与放疗免疫治疗机制研究

引言

放疗用于超半数癌症患者治疗，但传统放疗增敏剂多通过提升活性氧（ROS）增强细胞毒性，在缺氧肿瘤中效果有限且易损伤健康组织。中国科学技术大学闵元增教授团队在 Nature Biomedical Engineering （IF=26.6）发表题为“X-ray activated platinum complex induces DNA damage and enhances cancer immunotherapy through abscopal effect”的研究论文，该研究开发一种 叠氮铂 (II) 配合物（Complex 1） ，其在 X 射线照射下释放铂氮烯，以非 ROS 依赖方式与 DNA 碱基亲核位点共价结合引发双链断裂，联合低剂量放疗与 PD-1 抑制剂可实现 40% 双侧肿瘤小鼠完全消退，展现强效远隔效应，为精准放疗提供全新金属氮烯介导策略。源井生物为该研究提供 Gl261-Luc细胞 ，助力高效实现原位脑肿瘤模型的疗效评估。

研究背景

放疗主要通过 DNA 损伤杀伤肿瘤细胞，但对转移性肿瘤疗效有限；免疫检查点抑制剂（ICIs）可与放疗协同放大远隔效应，却受限于放疗剂量与肿瘤放射敏感性差异。金属氮烯作为高活性催化中间体，具备与 DNA 碱基反应增强放疗敏感性的潜力，但现有研究仅聚焦紫外激活，无法用于体内。同时，传统铂类药物通过 Pt-N 配位结合 DNA，存在毒性与耐药问题，亟需开发作用机制全新的铂基放疗增敏剂。

研究目的

• 构建 X 射线激活的铂基配合物，验证其体内外放疗增敏活性。
• 阐明铂氮烯介导的 DNA 损伤全新分子机制。
• 评估该配合物联合放疗与免疫治疗的抗肿瘤效果、远隔效应及生物安全性。
• 验证其在原位胶质母细胞瘤等模型中的治疗潜力。

研究路线

• 分子验证： 证实 Complex 1 经 X 射线照射生成铂氮烯，通过 N-N 耦合与 DNA 结合（非传统 Pt-N 配位）。
• 体外验证： 明确 1+RT 以非 ROS 依赖方式诱导 DNA 双链断裂与免疫原性细胞死亡（ICD）。
• 体内单瘤验证： 3.证实 1+RT 抑制肿瘤生长、激活抗肿瘤免疫、选择性降低 Treg 浸润。
• 远隔效应验证： 1+RT+αPD-1 协同抑制双侧肿瘤，实现高比例完全消退。
• 安全性与记忆验证： 评估系统毒性，确认长效免疫记忆与脑肿瘤治疗潜力。

主要结果

1. Complex 1 经放疗生成铂氮烯并与 DNA 共价结合

X 射线照射下，Complex 1 释放 N₂生成铂氮烯，质谱捕获该中间体与 DMS、胞嘧啶的反应产物。DFT 计算显示铂氮烯与 DNA 通过 N-N 耦合（Pt-N-N-DNA） 结合，区别于传统铂药配位结构，结合位点为 DNA 大沟 GC 步骤胞嘧啶胺基。天然键轨道分析证实 Pt (II)-N 的铂氮烯特征，Pt-N 键级为 1.15，结构稳定。

图1.在放疗条件下与Complex 1生成铂氮三烯及其通过N-N偶联进行DNA铂化

2. Complex 1 增敏放疗诱导增强 ICD 与 DNA 损伤

通过凋亡检测发现1+RT 组晚期凋亡细胞比例是单纯放疗组的 2.4 倍，显著降低线粒体膜电位。1+RT 可清除肿瘤细胞 ROS 与超氧阴离子，证实 不依赖 ROS 的增敏通路。肿瘤组织 CRT、HMGB1 表达提升 2-3 倍，ATP 分泌增加 1.5 倍。γH2AX 表达显著升高，彗星实验显示 Tail DNA% 最高，双链断裂效应最强；克隆形成实验证实放疗杀伤效果显著增强。

图2.Complex 1增敏的放射治疗可增强细胞毒性，表现出更强的DNA损伤能力，并在CT26细胞中诱导更显著的免疫原性细胞死亡。

3. Complex 1 增敏放疗在体内发挥强效抗肿瘤应答

体外实验发现，CT26 与 4T1 肿瘤中，1+RT 组肿瘤生长显著慢于其他组，约 1/3 小鼠完全治愈，生存期显著延长。4T1 模型中，1+RT 组肺部转移结节数量显著少于其他组。肿瘤引流淋巴结中 CD80⁺CD86⁺成熟 DCs 比例提升 2-3 倍；肿瘤浸润 CD45⁺CD3⁺T 细胞、CD8⁺T 细胞翻倍，Treg 比例仅为对照组的 16%。CD8⁺IFNγ⁺、CD8⁺CD107a⁺细胞比例升高，肿瘤组织 IFNγ、Granzyme B 分泌显著增加；GSEA 显示 PD-1/PD-L1 通路响应增强。

图3.Complex 1增敏的放射治疗可有效抑制已建立的CT26肿瘤生长。

4. RNA-seq 证实 Complex 1增敏放疗重塑肿瘤免疫微环境

PCA 分析显示各组基因表达存在显著差异，1+RT 组基因表达谱独特1+RT 组基质评分、免疫评分、ESTIMATE 评分显著升高，肿瘤纯度降低。差异基因富集于先天免疫、炎症反应、T 细胞活化等通路，激活多维度免疫应答。活化 CD8⁺T 细胞比例上升，Treg 比例下降，与流式结果一致。

图4.CT26肿瘤组织的RNA测序分析表明，Complex 1增敏的放射治疗可诱导免疫细胞浸润至TME。

5. Complex 1 选择性抑制 Treg 细胞增殖

Complex 1 浓度≥2.0 μg/ml 时， 选择性抑制 Treg 增殖， 对 CD4⁺、CD8⁺T 细胞增殖无影响。通过抑制增殖而非诱导凋亡降低 Treg 比例，低浓度下无明显细胞毒性。

图5.Complex 1本身可抑制调节性T细胞（Treg细胞）增殖。

6. 低剂量放疗增敏增强远隔效应

1+RT+αPD-1 组 αPD-1 疗效显著提升，20% 小鼠完全治愈。仅对原发灶给药 + 放疗，1+RT+αPD-1 组 原发与继发肿瘤均显著消退， 40% 小鼠双侧肿瘤完全消失。原发与继发肿瘤中 CD45⁺CD3⁺、CD8⁺T 细胞升高，Treg 降低，CD8⁺/Treg、CD4⁺/Treg 比值显著提升；引流淋巴结 DC 成熟度升高。

图6.在同基因CT26肿瘤模型中，Complex 1增敏放疗可增强免疫治疗效果及远隔效应。

7. 可靠生物安全性与长效免疫记忆效应

Complex 1 对心、肝、脾、肺、肾无明显损伤，无显著肾毒性；对比奥沙利铂，无肝肾损伤。治愈小鼠外周血效应记忆 T 细胞（CD44⁺CD62L⁻）比例显著升高；肿瘤再挑战可完全抵抗，形成长效保护。Complex 1 可进入脑部，1+RT 显著抑制原位胶质母细胞瘤生长，延长小鼠生存期。

图7.Complex 1增明放疗具有可靠的生物安全性，并在同基因CT26肿瘤模型中产生持久的免疫记忆效应。

研究意义与创新点

首次开发 X 射线激活、非 ROS 依赖 的铂氮烯放疗增敏剂，颠覆传统铂药与增敏剂作用机制，突破缺氧肿瘤放疗抵抗瓶颈。兼具放疗增敏与选择性抑制 Treg 双重功能，联合免疫治疗强效放大远隔效应，为转移性肿瘤治疗提供新方案。可用于原位胶质母细胞瘤等难治疗实体瘤，覆盖多癌种、多场景放疗 - 免疫联合治疗。

文章小结

本研究成功研发 X 射线激活的叠氮铂配合物，在放疗下生成铂氮烯，通过 N-N 耦合共价损伤 DNA，以非 ROS 依赖方式增敏放疗；同时选择性抑制 Treg 增殖，重塑肿瘤免疫微环境，联合 PD-1 抑制剂实现强效远隔效应与长效免疫记忆。该策略安全高效，为精准放疗与肿瘤免疫联合治疗提供全新范式，具备极高临床转化价值。

在本研究中，源井生物提供的 Gl261-Luc细胞 作为原位胶质母细胞瘤活体示踪模型，通过生物发光信号与野生型 GL261 细胞的定量对比，直观精准地验证了 X 射线激活叠氮铂配合物抑制脑肿瘤、增强免疫治疗的分子机制与体内疗效。

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