第一作者：邓佳丽、朱仪

通讯作者：王中领教授

通讯单位：上海交通大学医学院附属第一人民医院

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202519194

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基于焦亡免疫疗法的精准无创监测缺乏敏感的成像策略。本文报道了一种自放大化学交换饱和转移成像（CEST）引导焦亡的策略（pyropCEST），可激活并高敏感度可视化焦亡诱导的免疫反应。该生物相容性纳米平台由负载吉西他滨的人血清白蛋白构成，可在肿瘤微环境下特异性释放药物高效诱导乳腺癌细胞焦亡，促进DC细胞成熟和T细胞活化。同时，纳米探针在肿瘤微环境下的解离增强了吉西他滨/白蛋白中的NH₂等基团与水质子之间的化学交换，产生自我放大的CEST信号，使成像灵敏度较正常生理条件提升435%。在皮下肿瘤小鼠模型中，纳米探针在肿瘤中的长期积累导致CEST信号比游离吉西他滨增加2.5倍。这种CEST信号的变化可作为评估CD8+T细胞浸润和肿瘤生长的指标，表现出极佳的“诊疗相关性”。此外，结合多参数磁共振成像技术（mpMRI），可全面追踪治疗效果，包括远处转移瘤抑制的评估。

背景介绍

焦亡通过招募细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）重塑肿瘤微环境（TME）的独特能力，使其成为乳腺癌免疫治疗的革新性策略。目前，细胞焦亡的检测主要依赖肿瘤组织样本检测，这种方法往往具有侵入性和静态性。虽然荧光成像探针在肿瘤焦亡可视化方面已取得进展，但其组织穿透深度有限，影响了检测效果，现有荧光探针在准确评估焦亡结果方面价值有限。因此，实时监测焦亡动态仍是亟待解决的关键问题。

化学交换饱和转移磁共振（CEST）成像作为新兴分子成像技术，通过检测溶质交换引发的质子信号变化，直接获取未化学标记的生化信息。这为非侵入性观察癌症进展和治疗过程中的分子变化开辟了新机遇。许多临床批准的药物还含有 CEST 可检测的质子，使其可作为注射抗磁性CEST（diaCEST）药物使用。与传统的MR造影剂不同，diaCEST 剂不依赖顺磁性标记（例如 Gd、Fe 或 Mn），从而保留了其药代动力学和安全性。此功能对于开发集成诊断和治疗探针至关重要。

为了提高diaCEST成像特异性，肿瘤微环境响应纳米探针的各种策略已被设计为在肿瘤部位选择性地放大信号。这些TME响应纳米探针（例如缺氧、低pH值、GSH过表达）可以暴露与水质子产生交换的成像基团，从而导致CEST信号增强。基于这一特性，可以设计一系列可切换的造影剂，通过TME的细微差异触发“OFF - ON”响应来增强成像特异性。然而，开发具有安全性和高灵敏度的简单制备的微环境diaCEST策略来引导细胞焦亡仍未探索。

研究出发点

1.本研究通过构建肿瘤微环境响应性纳米探针，特异性释放药物，高效实现PDT增敏焦亡效应，激活强大抗肿瘤免疫反应，以彻底消融乳腺癌。

2.基于人血清白蛋白（HSA）的纳米颗粒，通过组装响应性连接结构，已被证明能通过响应TME来增强肿瘤靶向性和成像对比度。基于HSA的平台在装载疏水分子、提高生物相容性、延长循环时间以及实现针对特定靶点定制或响应的药物递送系统方面表现出色。为解决 pyroptosis 实时监测的难题，实现治疗过程的可视化。本研究通过自组装方法开发了一种肿瘤微环境响应性HSA-diaCEST纳米平台（pyropCEST），通显著提高CEST成像敏感性。

3.为了整合解剖成像与功能成像，本研究采用多参数磁共振成像（mpMRI）与pyropCEST技术相结合，以实现对肿瘤复发和转移的多维度监测。

图文解析

图1. 程序式CEST成像激活技术在动态可视化焦亡导免疫治疗中的应用

本研究通过自组装技术成功开发出一种肿瘤微环境响应性HSA-diaCEST纳米平台（HCG），该纳米探针在肿瘤酸性及GSH双响应下可特异性释放药物诱导肿瘤细胞焦亡，并激活CEST成像，纳米探针的解离增强了吉西他滨/白蛋白与水质子之间氨基等成像基团的化学交换，产生自我放大的CEST信号，将成像灵敏度提升至正常生理条件下的435%（图1）。

图2. 体内CEST与荧光成像研究

在小鼠皮下肿瘤模型中，纳米探针在肿瘤组织中的长期蓄积使CEST信号强度达到游离吉西他滨的2.5倍。该纳米探针在双肿瘤特征下触发了HCG解聚反应，不仅激活了CEST成像，更重要的是显著增强了信号响应幅度，同时提升了MRI检测灵敏度（图2）。

图3. HCG在小鼠4T1肿瘤模型中调控并可视化由焦亡驱动的T细胞活性

研究表明肿瘤中T细胞丰度与纳米探针激活的MTR_asym值变化之间存在良好的治疗相关性，皮尔逊相关系数R=−0.9155（R²=0.8381），这表明MTR_asym值与细胞毒性T细胞浸润密切相关。此外，研究期间持续监测两组肿瘤体积，结果显示实验组（HCG+L组）的肿瘤得到有效抑制。更重要的是，CEST信号的降低与肿瘤生长抑制也高度相关——HCG+L治疗组肿瘤的皮尔逊相关系数R=0.8217（R²=0.6752），而PBS组为0.6394（R²=0.4088）。这些双重相关性特征表明，光增敏HCG介导的程序性细胞死亡通过DAMP释放实现空间协调的免疫调节，可能通过系统性激活CD8+T细胞来驱动强效抗肿瘤免疫。

总结与展望

本研究构建的肿瘤微环境响应性pyropCEST纳米平台展现出显著的pH/GSH和时间依赖性CEST信号激活特性，可实现对焦亡过程中药物释放的非侵入性动态可视化。此外，得益于纳米探针优异的长循环效应，靶点处的CEST信号聚集效应被显著放大，其成像信号强度明显高于FDA批准的吉西他滨，这一优势在体内和离体实验中均得到验证。与此同时，Ce6介导的光动力疗法增强了活性氧（ROS）生成，从而强化了焦亡细胞死亡并触发强烈的炎症反应，促进免疫细胞浸润并重塑免疫系统。值得注意的是，CEST MTR_asym值与CD8+T细胞丰度以及肿瘤生长抑制效果显著相关（R= -0.8860），表明焦亡CEST可作为T细胞介导免疫反应的替代标志物。此外，我们创新性地将mpMRI与pyropCEST纳米探针结合，实现了对乳腺癌肝转移的高灵敏度检测。该纳米平台完全兼容临床3T磁共振系统，无需使用金属标记造影剂，具有转化应用潜力。

课题组介绍

王中领，上海交通大学医学院博士生导师。入选上海市“特色上海领军人才培养计划”、“浦江人才”计划，上海交通大学医学院“双百人”计划，“临床专职科研人员”。主要从事肿瘤分子影像学及脑功能成像研究，包括肿瘤微环境响应MR分子探针研发、超早期肿瘤的诊断、肿瘤微环境可视化以及肿瘤多功能治疗研究。在Nature Nanotechnology、Nature Communication、Advanced Functional Materials、Nano Today、Biomaterials等高影响力杂志上共发表或录用论文 50余篇。其中，发表于 Nature Nanotechnology 上的成果被 ScienceDaily、BioArt 等国内外媒体报道101次。申请国际及国内专利3项。先后主持或参与美国国家癌症研究院（NCI）R01研究课题基金、国家自然科学基金研究课题及省市级课题共12项。获省市级新技术引进二等奖2项。目前担任国家自然科学基金评审专家、教育部学位论文评审专家及ACS nano等SCI期刊审稿人。

原文信息

J. Deng, Y. Zhu, J. Wang, et al. “ Self-Amplifying pyropCEST Nanoprobes for Pyroptosis-Induced Immunity Imaging in Breast Cancer.” Adv. Funct. Mater. (2025): e19194. https://doi.org/10.1002/adfm.202519194