Mol Ther｜李洋团队揭示纳米二氧化硅经肺黏膜巨噬-NK轴实现体内记忆样NK细胞诱导及抗肿瘤免疫

自然杀伤细胞（ Natural killer, NK ）是先天 免疫系统抵御肿瘤的重要前哨。其中，细胞因子诱导的记忆样 NK 细胞（ Cytokine-induced memory-like NK cells, CIML NK ）经 IL-12 、 IL-15 和 IL-18 短期联合刺激后，兼具增强的增殖能力、长效的体内维持活性以及再遇抗原时显著增强的 IFN-γ 回忆杀伤应答【1-3】。然而，现行 CIML NK 疗法严重依赖繁琐且高成本的体外（ ex vivo ）分离扩增与 GMP 培养工艺，限制了其规模化应用【2】。肺脏作为连接全身血液循环的枢纽，富含循环 NK 细胞以及感知微颗粒的肺泡巨噬细胞（ Alveolar macrophages, AMs ）【4】。尽管结晶型二氧化硅长期沉积会诱发不可逆的矽肺纤维化，但早期颗粒暴露却伴随肺部 NK 细胞的短暂活化【4,5】。如何将微纳颗粒诱导的免疫激活效应与其纤维化毒性解耦，利用宿主内源生理环境在体内重构功能性 CIML NK 细胞，具有重要的转化探索价值。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院 李 洋 研究 团队在 Molecular Therapy 期刊 在线发表了题为Inhalednanosilicaorchestratesapulmonarymacrophage-NKcellaxisformemory-likeNKprogrammingtowardsynergisticcancerimmunotherapy的研究论文。该研究揭示了吸入可生物降解的无定形纳米二氧化硅（ nSiO ₂ ）能够刺激肺泡巨噬细胞释放IL-12/15/18细胞因子三联体，进而在体内将循环初始NK细胞重塑为兼具长效监视与高回忆应答特性的CIMLNK细胞；该策略在肿瘤预防、术后防复发及协同PD-1单抗治疗中表现出明确疗效，且在体内可完全降解清除，未诱发肺纤维化或全身蓄积毒性。

在 B16F10 小鼠黑色素瘤模型中，间歇性吸入无定形 nSiO ₂ （ 120 μg / 次，共 4 次）显著抑制了皮下肿瘤生长，降低 Ki-67 ⁺ 增殖并促进 TUNEL ⁺ 凋亡，显著延长小鼠生存期。免 疫表型分析显示， nSiO ₂ 给药未引起常规 T 细胞或髓系亚群的广泛波动，而是特异性增加了肿瘤组织及外周淋巴器官中 NK 细胞（ NK1.1 ⁺ CD3 ⁻ CD45 ⁺ ）的浸润。体内清除实验证实，清除 NK 细胞后抑瘤效应完全消失，确立了 NK 细胞的核心地位。此外，该疗法对给药时序存在严格依赖：仅在肿瘤接种前进行预处理或持续给药有效，而接种后启动的平行治疗则无效，表明其依赖于体内预先建立的免疫稳态。

追踪小鼠免疫表型发现， 4 次肺部给药后外周活化 NK 细胞呈剂量依赖性累积；停药休整 7 天后，其 IFN-γ 分泌回落至基线水平，但激活性受体 NKG2D 维持高表达，呈现 “ 武装且静息 ” （ armed-but-resting ）表型。体外以肿瘤靶细胞刺激时，这些 NK 细胞展现出爆发性的回忆杀伤应答， IFN-γ 水平提升近 5 倍，符合经典 CIML NK 细胞特征【3】。然而，体外将 nSiO ₂ 直接孵育脾脏淋巴细胞并未激活 NK 细胞，表明其依赖体内组织中介。进一步检测证实，吸入 nSiO ₂ 可刺激肺泡巨噬细胞（ AMs ）显著上调 IL-12 、 IL-15 和 IL-18 转录与蛋白水平（ IL-12 上调超 15 倍）。体内清除 AMs 可阻断外周 NK 细胞扩增、活化及抗肿瘤效应；在体外骨髓来源巨噬细胞（ BMDM ）重构实验中，巨噬细胞条件培养基可重现 NK 细胞活化、增殖（ EdU 掺入）、静息及二次遇靶杀伤的全过程，而中和抗体阻断 IL-12/15/18 则抑制该应答，受体阻断实验亦证实 NKG2D 直接参与二次遇靶杀伤【5】。对照实验显示，完全水解的单体原硅酸（ H₄SiO ₄ ）无法激活巨噬细胞，证明该活化严格依赖纳米颗粒的物理刺激。

团队进一步解析了调控巨噬细胞 -NK 轴的理化法则：化学成分上，氧化铝与聚苯乙烯颗粒无诱导活性，仅 nSiO ₂ 与 β- 葡聚糖有效；颗粒构型上，不规则纳米颗粒（ I- nSiO ₂ ）明显优于微米级或规则球状颗粒。 BET 氮气吸附测定表明，颗粒比表面积（ SSA ）与 NK 细胞回忆杀伤活性呈显著正相关（ R² = 0.6852, P = 0.0009 ）。在转化应用评估中， nSiO ₂ 预处理促使外周 NK 细胞处于储备状态，联合抗 PD-1 抗体可特异性诱导瘤内 NK 细胞释放脱颗粒标志物 CD107a ，解除局部微环境抑制；该短程预防方案诱导的保护效应在停药后 60 天仍得以维持，并在小鼠肿瘤切除后显著延缓局部复发。安全性评估表明，无定形 nSiO ₂ 在体外模拟肺液中可逐步水解【6】，体内 ICP-MS 检测显示小鼠肺部硅含量在 90 天内恢复至基线；肺部天狼星红染色及主要脏器病理切片均未见纤维化或器质性损伤，实现了免疫调节效应与矽肺病理损伤的解耦。

综上所述，该研究系统阐明了 “ 吸入可降解 nSiO ₂ → 肺泡巨噬细胞感知 → 局域释放 IL-12/15/18 → 循环 NK 细胞重塑为 CIML NK 细胞 ” 的体内级联机制，确立了比表面积等物理设计参数，回避了过继细胞疗法复杂的体外制备流程，为高危人群肿瘤免疫预防、术后微小残留病灶干预及克服检查点抑制剂耐药提供了实验依据。

中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员 袁枫 为该论文的第一作者， 李洋 研究员为通讯作者。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1525001626007719

制版人：十一

参考文献

1.Todd A, Fehniger., Megan A, Cooper.(2016). Cytokine and chemokine-mediated regulation of NK cell development, survival, and function.Adv Immunol, 131(undefined), 1-27. doi:10.1016/bs.ai.2016.02.001

2.Rizwan, Romee., Michelle, Rosario., Melissa M, Berrien-Elliott., Julie A, Wagner., Todd A, Fehniger., et al.(2016). Cytokine-induced memory-like natural killer cells exhibit enhanced function, proliferation, and persistence to treat leukemia.Sci Transl Med, 8(357), 357ra123. doi:10.1126/scitranslmed.aaf2341

3.Megan A, Cooper., J Mark, Elliott., Peter A, Keyel., Liping, Yang., Joel A, Carrero., Wayne M, Yokoyama.(2009). Cytokine-induced memory-like natural killer cells.Proc Natl Acad Sci U S A, 106(6), 1915-1919. doi:10.1073/pnas.0813192106

4.Ray F, Hamilton., Stephen A, Thakur., Andrij, Holian.(2008). Silica binding and toxicity in alveolar macrophages.Free Radic Biol Med, 44(6), 1246-1258. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2007.12.027

5.Lucas, Ferrari de Andrade., Ruth E, Tay., Deng, Pan., Adrienne M, Luoma., F Stephen, Hodi., et al.(2018). Antibody-mediated inhibition of MICA and MICB shedding promotes NK cell-driven tumor immunity.Science, 359(6383), 1537-1542. doi:10.1126/science.aao0505

6.Xiaoling, Wang., Xiang, Li., Yoshihiro, Ito.(2020). Degradable amorphous silica nanoparticles for biomedical applications.Acc Chem Res, 53(9), 1845-1856. doi:10.1021/acs.accounts.0c00326

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（*排名不分先后）

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