生物正交化学在治疗领域潜力突出，基于该技术的前药激活策略——既能精准递药，又可通过非生物手段激活药物。但现有前药策略多聚焦细胞毒药物“解笼释放”，尚无增强药物在肿瘤内累积与渗透的递送方案。鉴于此，重庆医科大学梁洪文等人在 Journal of the American Chemical Society 发表了题为“Self-Assembly of Artificial Topological Nanostructures for Enhanced Bioorthogonal Activation and Drug Penetration for Cancer Immunotherapy”的研究论文，在人工拓扑纳米结构（ATNs）的基础上构建了ATNs催化体系的原位癌症疫苗。该体系通过协同整合酶诱导原位自组装技术与生物正交催化机制，不仅实现了前药的时空精准活化，还同步显著提升了活化药物在肿瘤组织中的穿透效率。

一、研究背景

现有疗法痛点

新抗原或 mRNA 癌症疫苗虽研发投入显著，但多数聚焦预防阶段，诱导患者产生强效抗肿瘤免疫反应仍面临挑战——核心瓶颈为疫苗免疫原性弱、肿瘤微环境（TME）呈免疫抑制状态，且疫苗抗原与患者个体肿瘤相关性低。

研究契机

针对上述瓶颈，以自体肿瘤细胞构建现场个性化癌症疫苗极具吸引力。自组装纳米材料可响应生理刺激形成 ATNs，能调节肿瘤血管、延长药物滞留时间；结合生物正交催化，或可实现 “精准激活 + 深层渗透” 协同。

二、研究设计

1. 关键分子设计

TMP（四嗪修饰肽）含 4 个核心单元，其结构与功能如下：

2. 作用机制

1、TMP 以 NPs 形式通过 EPR 效应富集于肿瘤部位；

2、肿瘤微环境中的 MMP-2 切割 TMP 的 PLGYLG 序列，释放 TzP 片段；③TzP 与癌细胞表面 HER2 结合，自组装形成 ATNs，暴露 Tz 位点；

3、Tz 与 TCO - 前药反应激活 Dox/IMQ，同时 ATNs 降低肿瘤密度、促进药物穿透；

4、激活的 Dox 诱导 ICD 释放 TAAs，IMQ 激活 DC 细胞，引发 CD8+T 细胞依赖的适应性免疫。

Fig1. 自组装人工拓扑纳米结构（ATNs）增强癌症免疫治疗中生物正交前药激活与药物穿透的机制示意图

三、研究结果

1. TMP 的自组装特性验证（体外）

（1）CAC测定：TMP 的临界聚集浓度为 0.47±0.06 μM，远低于 TzP（12.4±4.20 μM），说明其易自组装（图 2b/c）；

（2）形态与结构：MMP-2 处理后，TMP NPs 从 91.3 nm 转变为 712 nm 的纳米纤维（ATNs）。TMP 可通过 MMP-2 介导的水解触发疏水相互作用与氢键形成，自组装为具有 β- 折叠结构的 ATNs（TEM/SEM/CD验证，图 2d-f/k）；

Fig2. 基质金属蛋白酶-2诱导的TMP分子组装机制的表征

（3）细胞靶向性：TMP 需同时依赖 MMP-2 切割与 HER2 靶向，才能在肿瘤细胞表面原位自组装为 ATNs，具备肿瘤细胞特异性，避免正常细胞干扰（图 3b/c）。

Fig3. TMP在细胞表面自组装成ATN

2. ATNs 介导的前药激活与免疫响应（体外）

（1）细胞毒性：在 SKBR-3 细胞中，TMP+TCO-Dox 的 IC50 为 0.56 μM，接近游离 Dox（0.16 μM），而 HER2 阴性细胞中无显著毒性（图 4c）；

（2）ICD 诱导：TMP+TCO-Dox 组的 HMGB1 释放、CRT 膜暴露、胞外 ATP 水平显著高于对照组（分别提升 6.9 倍、13.3 倍，图 4i-l）；

（3）免疫激活：与 TMP+TCO-Dox+TCO-IMQ 共孵育的 BMDC 细胞成熟率（CD11c+CD80+CD86+）达 32.5%，接近 Dox+IMQ 组（39.4%），且细胞因子（IL-12、IFN-γ）分泌显著升高（图 4n-o）。

Fig4. ATNS介导的靶向前药物激活和体外免疫反应的协同促进

3. 体内药效与安全性

（1）肿瘤靶向与穿透：TMP 在肿瘤中的荧光强度是肝脏的 2.1 倍、肾脏的 21.0 倍；药物穿透深度 0.5 mm 处提升 7.8 倍，2.0 mm 处仍提升 5.7 倍（图 5c/i）；

Fig5. 通过ATN催化系统增强药物在体内的精确活化和渗透

（2）抗肿瘤 efficacy：TMP+TCO-Dox+TCO-IMQ 组肿瘤抑制率超 70%，小鼠 30 天存活率 100%（游离 Dox 组全部死亡，图 6d-e）；

（3）安全性：主要器官（肝、肾）无病理损伤，小鼠体重无显著下降（对比 Dox+IMQ 组的体重降低，图 6g）

Fig6. 基于ATNS催化系统的原位疫苗的体内抗肿瘤和免疫刺激作用

4. 抗复发效果

ATNs 催化系统可有效抑制术后残留肿瘤生长，延长生存期，其机制可能与持续调控 TME、诱导免疫记忆相关，为肿瘤术后抗复发治疗提供新策略图 （7b-d）。

Fig7. 基于ATNS催化系统的原位疫苗体内抗肿瘤复发效果

四、总结与展望

本研究构建 ATNs 催化系统，兼具生物正交催化平台与肿瘤微环境调控的双重作用——既可为前药活化提供高效催化界面，又能通过抑制肿瘤细胞迁移与增殖、降低肿瘤组织密度以改善肿瘤组织物质传递微环境，最终协同促进肿瘤细胞对活化药物的摄取效率。

此外，ATNs 介导的靶向作用可精准诱导 ICD，进一步激活 CD8+T细胞依赖的适应性免疫应答，显著增强抗肿瘤效力。体内实验证实，该 ATNs 催化体系可将药物渗透提升 7.8 倍；且体内外实验均表明，基于 ATNs 的原位癌症疫苗在实现卓越抗肿瘤效果的同时，能有效降低正常器官/组织的剂量依赖性副作用，安全性与选择性优异。

该创新性 ATNs 催化体系在预防肿瘤复发中展现出良好治疗潜力，且适用性广泛，有望成为多种肿瘤前药递送的通用平台。尽管目前仍处研发早期，但原位自组装与生物正交催化结合的协同策略，必将为安全高效的原位癌症疫苗开发提供巨大助力。

本研究中TMP肽由强耀生物提供；强耀生物提供多肽合成，蛋白和抗体制备等优秀服务助力科研。