机械-生化协同驱动：界面工程化铝佐剂增强树突状细胞免疫治疗的新策略

《Cell Biomaterials》：Drilling dendritic cell activation: Engineering interfacial mechano-biochemical cues for enhanced immunotherapy

本研究针对当前免疫治疗过度依赖生化信号而忽视机械刺激的局限，通过将临床铝佐剂重构为铝稳定的Pickering乳液（ASPEs），首次实现了对树突状细胞（DCs）界面机械感受（PIEZO1）与TLR4生化信号的双重协同激活。研究证实ASPEs通过PIEZO1-Ca2+-MAPK轴显著增强抗原交叉呈递、Th1免疫极化及记忆T细胞应答，在带状疱疹病毒（VZV）疫苗和黑色素瘤DC疗法中均展现出优于传统佐剂（如AS04）的效力。该工作为“机械免疫治疗”提供了可临床转化的材料设计范式。

　　

在免疫治疗飞速发展的今天，科学家们已经能够精准调控Toll样受体（TLR）、STING等生化通路来激活免疫系统。然而，越来越多的证据表明，机械力感知（Mechanosensing）同样是免疫细胞功能调控的关键环节。例如，机械敏感离子通道PIEZO1不仅能影响细胞迁移和炎症反应，还参与抗原呈递过程。遗憾的是，当前多数免疫佐剂（如广泛应用的铝佐剂）仍局限于生化信号的优化，其机械特性与免疫细胞膜之间的相互作用长期被忽视。这导致疫苗或细胞疗法难以诱导强效的细胞免疫（如Th1应答和CD8⁺T细胞活化），尤其在肿瘤免疫和老年人群疫苗接种中效果受限。

为解决这一难题，中国科学院过程工程研究所夏雨飞团队在《Cell Biomaterials》发表研究，提出“机械-免疫治疗”新范式。他们巧妙利用临床批准的铝佐剂，通过界面工程设计出铝稳定的Pickering乳液（ASPEs），首次将铝佐剂的机械属性转化为激活树突状细胞（DCs）的驱动力。研究发现，ASPEs不仅能通过乳液液滴变形扩大与细胞膜的接触面积，还能通过调控铝颗粒结晶度精确调整界面刚度，从而激活PIEZO1通道介导的钙信号和MAPK/ERK通路，最终协同TLR4激动剂（MPLA）显著增强抗肿瘤和抗病毒免疫应答。

关键技术方法

研究通过水热法合成不同结晶度（无定形、半晶、晶体）的铝氧羟基颗粒，并进一步制备ASPEs乳液；利用原子力显微镜（AFM）量化材料刚度，通过荧光寿命成像（FLIM）和钙成像（Rhod-2 AM）检测细胞膜张力与Ca²⁺内流；采用RNA测序、Western blot和流式细胞术分析信号通路及免疫表型；在动物模型中评估了ASPEs在VZV疫苗（使用老年C57BL/6小鼠）和B16黑色素瘤DC疗法（结合PD-1阻断）中的效果。

研究结果

1. 通过调控铝结晶度优化ASPEs界面机械性能

通过调节合成pH值（7、9、10），团队成功制备出结晶度递增的铝颗粒。X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）显示，高结晶度铝（pH 10）具有更规整的纳米片结构，其杨氏模量较无定形铝提升2.42倍。形成的ASPEs乳液液滴尺寸均一（约2.2 μm），且高结晶度ASPE（ASPE3）界面刚度显著提升，但仍低于固态铝颗粒，保留液滴变形能力以促进细胞膜接触。

2. ASPEs通过细胞骨架重构与钙信号触发DC机械感知

扫描电镜（SEM）显示ASPE3与树突状细胞膜接触后发生黏弹性变形，形成更广泛的相互作用界面。共聚焦显微镜观察到肌球蛋白与F-actin在细胞皮层共定位增强，荧光寿命成像（FLIM）进一步证实ASPE3处理组细胞膜张力显著升高。RNA测序发现ASPE3上调了PIEZO1及钙通道相关基因（如Cacnb3、Cacna1b），且GO分析显示“机械刺激感知”“高压门控钙通道活性”等通路富集。钙成像和Western blot验证ASPE3通过PIEZO1引发Ca²⁺内流，并激活MAPK/ERK磷酸化，促进IL-6、TNF-α、IL-1β等细胞因子分泌。

3. 界面机械刺激增强DC活化与抗原呈递

流式细胞术显示ASPE3促进树突状细胞对乳液的内吞，并显著上调MHC I类和CD40表达（分别增加89.11%和44.30%）。GO分析提示ASPE3激活“T细胞增殖正调控”“Th1免疫应答”等通路。在体外T细胞共培养实验中，ASPE3处理的DCs使OVA特异性CD8⁺T细胞扩增幅度提升2.12倍，表明其增强抗原交叉呈递能力。

4. ASPE3诱导Th1偏向性免疫应答

在小鼠疫苗接种模型中，ASPE3组脾细胞IFN-γ分泌量较商业铝佐剂提升4.42倍，且血清IgG2c（Th1标志）/IgG1（Th2标志）比值升高14.59倍，明确显示Th1免疫极化。

5. 机械-生化协同增强V疫苗接种与DC免疫治疗

结合TLR4激动剂MPLA后，ASPE3-M在VZV疫苗中进一步提升IFN-γ⁺T细胞频率（较alum-M组增加146.93%），并显著扩增效应记忆T细胞（T_EM）和中央记忆T细胞（T_CM）。在B16黑色素瘤模型中，ASPE3-M脉冲的DCs联合PD-1阻断使肿瘤体积减少4.47倍，生存期延长至35天（对照组为27天），肿瘤浸润CD8⁺T细胞中IFN-γ⁺和Granzyme B⁺比例显著提升。

结论与意义

本研究通过界面力学设计将传统铝佐剂“改造”为机械免疫激活平台，证实了PIEZO1介导的机械信号与TLR4生化通路在调控DC功能中的协同作用。ASPEs不仅克服了二维材料难以模拟体内三维界面互作的局限，更通过铝颗粒结晶度调控实现力学信号的精确递送。该策略在疫苗设计（尤其是需要强细胞免疫的老年人群接种）和DC免疫治疗中展现出显著优势，为基于临床批准材料的免疫疗法升级提供了新思路。未来需进一步明确PIEZO1与TLR4在细胞膜上的空间互作机制，并推动ASPEs的化学、制造与控制（CMC）标准化以加速临床转化。