前言

目前,癌癥仍然是全球第二大死亡原因,其中擴散到遠端器官的癌癥占到了癌癥相關(guān)死亡人數(shù)的90%以上。盡管腫瘤免疫治療在延長患者生存期方面展現(xiàn)出巨大的潛力,然而不幸的是,目前依然缺乏有效的轉(zhuǎn)移治療,因為難以選擇性地靶向這些分布在各種器官上的小的、非定域的腫瘤。

納米技術(shù)在改善轉(zhuǎn)移癌患者的免疫治療效果方面具有巨大的前景。與傳統(tǒng)的癌癥免疫療法不同,合理設(shè)計的納米材料可以觸發(fā)特定的殺瘤效應(yīng),從而改善免疫細胞對骨、肺和淋巴結(jié)等主要轉(zhuǎn)移部位的接觸,優(yōu)化抗原呈遞,并誘導(dǎo)持久的免疫反應(yīng)。具體來說,它可以直接逆轉(zhuǎn)原發(fā)腫瘤的免疫狀態(tài),利用外周免疫細胞的潛能,防止轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成,并通過術(shù)后免疫治療抑制腫瘤復(fù)發(fā)。

此外,與低分子量免疫調(diào)節(jié)劑相比,納米級免疫調(diào)節(jié)劑具有可控的藥代動力學(xué)行為,由于其獨特的尺寸效應(yīng)和多個功能域的存在而產(chǎn)生的共載能力,因此具有通過協(xié)同效應(yīng)增強免疫激活的潛力,這可能會克服實體腫瘤有效免疫治療的障礙。納米技術(shù)在腫瘤免疫治療中具有廣泛的應(yīng)用潛力,尤其是難治性和復(fù)發(fā)性癌癥。

逆轉(zhuǎn)原發(fā)腫瘤的免疫狀態(tài)

腫瘤的發(fā)生是一個過程,是由于一系列癌癥逃逸機制引起的宿主免疫監(jiān)視缺陷所致。在原發(fā)性實體瘤中,由于腫瘤微環(huán)境的免疫抑制狀態(tài),癌細胞新抗原的免疫原性太弱,無法有效刺激免疫反應(yīng)。納米材料為克服這一治療效果障礙提供了新途徑。

改變免疫抑制的腫瘤微環(huán)境

腫瘤微環(huán)境的特征在決定癌癥免疫治療成功與否方面起著重要作用。在腫瘤免疫抑制性的微環(huán)境中,多種免疫和非免疫細胞類型引起長期炎癥和局部免疫抑制,使惡性細胞不被宿主免疫系統(tǒng)檢測和消除。為了打破這種局面,納米免疫調(diào)節(jié)劑被設(shè)計成直接靶向免疫抑制微環(huán)境,從而在原位重新激活免疫系統(tǒng)并抑制腫瘤生長。

巨噬細胞是腫瘤微環(huán)境中最豐富的免疫細胞群之一,TAM主要是M2表型,因此,使TAMs從M2型復(fù)極為M1型已成為免疫治療策略之一。最近,Chen和他的同事構(gòu)建了一種可編程的細胞囊泡,以對抗術(shù)后腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。雜合細胞膜納米囊泡(HNV)可與血管腔內(nèi)的循環(huán)腫瘤細胞(CTC)相互作用,并在切除部位聚集,阻斷CD47-SIRPα相互作用,使TAM從M2復(fù)極至M1,從而殺死癌細胞。這些納米囊泡還可以通過抗原呈遞提高T細胞對惡性細胞的殺傷能力,通過減少局部復(fù)發(fā)和術(shù)后遠端擴散,顯著提高惡性黑色素瘤模型小鼠的存活率。

除TAM外,MDSC也參與產(chǎn)生免疫抑制微環(huán)境。Shuai及其同事設(shè)計了一種納米調(diào)節(jié)器,含有MnO2顆粒和PI3Kγ抑制劑IPI549,以減輕缺氧,同時下調(diào)免疫抑制PD-L1分子的表達水平。同時,納米調(diào)節(jié)劑可以激活MDSCs以加速TAM向M1表型的極化,并重新激活細胞毒性T細胞以阻止腫瘤細胞的增殖。

除了影響TAMs和MDSCs外,NK細胞活化是另一種緩解免疫抑制微環(huán)境的策略。使用多種細胞因子的納米輔助免疫治療,如IL-2和IL-12,已探索通過激活NK細胞來防止進展和轉(zhuǎn)移。Irvine及其同事開發(fā)了一種在聚乙二醇化脂質(zhì)體表面具有激動性抗CD137和IL-2的聯(lián)合治療系統(tǒng)。通過這種基于脂質(zhì)體的治療,免疫刺激物可在腫瘤中快速積聚,從而誘導(dǎo)NK細胞和T細胞的有效激活,進而抑制小鼠原發(fā)腫瘤部位和肺轉(zhuǎn)移病灶的腫瘤進展。通過細胞因子輔助NK細胞激活的納米材料的類似方法已被廣泛開發(fā)用于治療轉(zhuǎn)移性癌癥。除了直接激活NK細胞外,還可以設(shè)計納米顆粒來改善NK細胞在腫瘤部位的積聚,從而提高治療效果。

總的來說,通過減輕腫瘤相關(guān)免疫細胞的免疫抑制作用,重塑腫瘤微環(huán)境的免疫狀態(tài)為局部區(qū)域性腫瘤免疫治療提供了可行的途徑。更重要的是,這一策略具有通過系統(tǒng)性抗癌免疫反應(yīng)預(yù)防遠處腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的巨大潛力。

通過ICD激活免疫細胞

近年來,研究表明,傳統(tǒng)的局部治療方法,包括局部熱療、放療或化療,不僅會破壞原發(fā)性腫瘤細胞,還會誘導(dǎo)腫瘤免疫原性細胞死亡(ICD)。然而,ICD刺激的免疫反應(yīng)通常不足以引起針對轉(zhuǎn)移的全身效應(yīng)或防止腫瘤復(fù)發(fā)。因此,納米材料被設(shè)計用于增強對傳統(tǒng)癌癥療法的免疫反應(yīng)。

局部區(qū)域熱處理是誘導(dǎo)ICD最常用的方法。在一項研究中,Wang及其同事采用系統(tǒng)給藥、紅細胞膜包裹的2D聚吡咯納米片作為NIR-II光熱傳感器,從而產(chǎn)生協(xié)同光熱和免疫反應(yīng),有利于預(yù)防轉(zhuǎn)移和延長小鼠生存期。

除了光熱療法外,磁熱療法是誘導(dǎo)ICD的另一種可行方法。Liang及其同事設(shè)計了一種新型的具有渦流域的鐵磁性氧化鐵納米環(huán),該納米環(huán)能夠介導(dǎo)溫和的磁熱療,導(dǎo)致4T1乳腺腫瘤細胞中鈣網(wǎng)蛋白的表達,并促進免疫細胞吞噬腫瘤細胞。

除了局部熱療外,納米輔助放射治療是另一種治療策略,可引起腫瘤ICD并可能抑制遠端轉(zhuǎn)移。事實上,在一些臨床病例中已經(jīng)觀察到了放射治療的遠隔效應(yīng),更正式的說法是輻射誘導(dǎo)的旁觀者效應(yīng)(RIBE),這是由對死亡腫瘤細胞的免疫反應(yīng)觸發(fā)的。通過納米輔助免疫治療的結(jié)合,RIBE可以顯著擴增。例如,Liu和同事通過131I-Cat、天然多糖海藻酸鹽和合成胞嘧啶磷酸鳥苷(CpG)的組合開發(fā)了一種新的放射性同位素療法。腫瘤內(nèi)注射后,由于內(nèi)源性Ca2+的存在,多糖迅速形成水凝膠,將131I-Cat固定在腫瘤部位,從而能夠通過低劑量放療完全消除原發(fā)腫瘤。重要的是,在免疫刺激性寡核苷酸CpG的幫助下,原發(fā)性腫瘤局部放療后腫瘤相關(guān)抗原(TAAs)的產(chǎn)生有效地觸發(fā)了全身抗腫瘤免疫反應(yīng),與檢查點阻斷療法相結(jié)合,成功地防止了轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)。

這些研究有助于說明腫瘤ICD與納米輔助免疫治療相結(jié)合在預(yù)防腫瘤生長和轉(zhuǎn)移方面的巨大潛力。聯(lián)合治療為納米材料輔助免疫治療的臨床應(yīng)用提供了巨大的機會。

針對免疫細胞的應(yīng)用

免疫細胞位于外周免疫器官中,包括淋巴結(jié)、脾臟、皮膚和血管系統(tǒng)。它們在外來抗原刺激下產(chǎn)生免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。納米技術(shù)可以通過多種方式應(yīng)用于免疫細胞。

針對樹突狀細胞的癌癥疫苗

基于樹突狀細胞的癌癥疫苗在腫瘤預(yù)防和治療方面具有巨大潛力,已被證明能有效抑制腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)。然而,基于DC的免疫治療仍然受到免疫反應(yīng)不足的限制,這使得很難完全根除已建立的實體瘤。

由于納米技術(shù)的最新進展,諸如脂質(zhì)體、聚合物納米顆粒和無機納米顆粒等結(jié)構(gòu)能夠裝載不同的組分,包括小分子、肽、核酸和細胞膜。這使得抗原和佐劑能夠在納米疫苗中共同裝載,從而確保這些活性成分同時輸送到相同的APC。此外,納米疫苗還可以防止抗原和佐劑等成分迅速擴散到血液循環(huán)中,并促進其在引流淋巴結(jié)中的有效積累。因此,基于納米顆粒的疫苗可能是增強免疫反應(yīng)和預(yù)防腫瘤轉(zhuǎn)移的有價值的工具。

Zhou等人通過用磷脂膜包覆PLGA納米粒構(gòu)建了佐劑/抗原共遞送納米平臺。這種納米疫苗可以有效地在淋巴結(jié)中積聚,并引發(fā)抗原特異性T細胞反應(yīng),從而抑制B16-OVA黑色素瘤細胞的轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)數(shù)量大幅減少。在另一個例子中,通過封裝新型TLR7/8雙特異性激動劑522NP,開發(fā)了基于PLGA納米粒的抗轉(zhuǎn)移納米疫苗。靜脈注射后,522NPs進入引流淋巴結(jié)并激活DC,從而顯著增強隨后的CTL反應(yīng)。OVA+522NP免疫的小鼠肺轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)比對照組減少約75%。

人工模擬免疫細胞

基于微材料和納米材料的人工APC(aAPC)旨在通過模擬天然APC向T細胞呈遞抗原信號并激活它們以抑制腫瘤。為了實現(xiàn)抗原呈遞效應(yīng),aAPC表面應(yīng)包括兩部分:MHC肽復(fù)合物以及可與共刺激受體結(jié)合并激活T細胞的共刺激分子。與天然樹突狀細胞相比,aAPC具有相對明確的組成和可控的生物學(xué)行為。此外,aAPCs可用于大規(guī)模生產(chǎn),從而可獲得現(xiàn)成的疫苗。

Lu等人開發(fā)了一種aAPC疫苗,其中微型乳膠珠裝配H-2Kb-Ig/pTRP2二聚體復(fù)合物、抗CD28抗體、4-1BB配體和CD83分子。在B16黑色素瘤小鼠動物模型中,靜脈注射H-2Kb-Ig/pTRP2 aAPCs可以刺激黑色素瘤特異性CTL。結(jié)果表明,H-2Kb-Ig/pTRP2 aAPC治療后肺轉(zhuǎn)移顯著減少,治療后肺內(nèi)僅出現(xiàn)約36個轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié),而對照組小鼠出現(xiàn)約330個肺轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)。

此外,APC模擬物并不是使用納米材料探索的唯一免疫細胞。中性粒細胞或Treg在對腫瘤的先天免疫反應(yīng)中也起著關(guān)鍵作用,納米材料已被用于模擬它們以抑制腫瘤生長�？梢灶A(yù)期,在未來的研究中將開發(fā)出能夠模擬更多其他類型腫瘤相關(guān)免疫細胞的新型仿生納米材料。

過繼T細胞療法

過繼性T細胞療法是治療癌癥的主要方法之一。利用納米技術(shù)可以有效地設(shè)計淋巴細胞以表達T細胞受體或嵌合抗原受體,進一步擴大了ACT在癌癥治療中的成功應(yīng)用。

例如,Irvine及其同事證明,用細胞因子或載藥納米顆粒修飾T細胞表面可以顯著提高ACT的療效。他們還使用納米凝膠將蛋白質(zhì)藥物裝載到T細胞上。這一策略顯著地增加了腫瘤中存在的T細胞數(shù)量,從而提高了ACT治療的安全性。

除了T細胞外,血小板也被用于ACT。由于其固有特性,它們可以自發(fā)地積聚在傷口區(qū)域。受這種能力的啟發(fā),Gu及其同事將抗PD-L1結(jié)合在血小板表面,這些過繼血小板可以成功地靶向腫瘤切除后的手術(shù)傷口,并在原位血小板活化后通過血小板衍生微粒釋放抗PD-L1。這一策略被證明能夠成功地清除殘留的腫瘤細胞,并防止癌癥復(fù)發(fā)。

干擾轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成

原發(fā)性腫瘤需要改變遠處器官的微環(huán)境,為CTC創(chuàng)造有利條件,稱為轉(zhuǎn)移前生態(tài)位(PMN)。在這種現(xiàn)象中,原發(fā)性腫瘤細胞首先在潛在轉(zhuǎn)移部位分泌可溶性成分,如外泌體(EV),并通過將小核酸片段轉(zhuǎn)移到正常細胞來調(diào)節(jié)該區(qū)域的微環(huán)境。原發(fā)性腫瘤源性炎癥因子可同時招募抑制性免疫細胞,包括MDSCs、TAM或Treg,它們進一步分泌趨化因子和細胞因子以支持PMN的形成。因此,干擾PMN的形成是防止腫瘤細胞定植的機會。

重塑PMN的分子組成

PMN可以通過改變組織的血管狀態(tài)來支持CTC的外滲、錨定、存活、增殖和免疫逃避。此外,PMN還表現(xiàn)出炎癥和基質(zhì)重編程,這也是CTC定植和存活的關(guān)鍵過程。

為了防止這些過程,研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)出可以重塑PMN成分以抑制轉(zhuǎn)移的分子。賴氨酰氧化酶是一種在腫瘤和PMN中過度表達的酶,通過重塑ECM幫助腫瘤細胞定植。除了小分子,針對PMN中分子成分的納米藥物制劑也開始出現(xiàn)。Jiang等人設(shè)計了二甲雙胍和二十二碳六烯酸混合微粒作為PMN的重塑劑,這些納米藥物減少了CTC和內(nèi)皮細胞之間的粘附,逆轉(zhuǎn)了炎性分子的異常表達,包括PMN中的纖維連接蛋白、基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)和S100A9,因此顯示出抑制轉(zhuǎn)移的作用。

抑制MDSC

在PMN的免疫抑制細胞中,MDSC在PMN的形成中起著關(guān)鍵作用,可抑制CD8+T細胞的活性。因此,抑制MDSC的募集是預(yù)防轉(zhuǎn)移的有效途徑。

納米技術(shù)已被應(yīng)用于干預(yù)MDSC的早期募集。低分子肝素和生育酚琥珀酸鹽被用于自組裝成膠束納米顆粒(LT NPs)。前者通過競爭性結(jié)合抑制P-選擇素/PSGL-1介導(dǎo)的粒細胞源性抑制細胞(g-MDSCs)的外滲,后者通過競爭性結(jié)合抑制MMP-9在g-MDSCs中的表達。此外,PMN中MDSCs的缺失是另一種抑制轉(zhuǎn)移的方法。Ni等人報道,鉿DBP(5,15-二(對苯甲酸)卟啉),一種納米級金屬有機物,聯(lián)合αPD-L1在原位乳腺癌肺轉(zhuǎn)移模型中表現(xiàn)出出色的抗腫瘤活性和抗轉(zhuǎn)移作用。進一步研究表明,抗轉(zhuǎn)移作用來自肺中單核細胞MDSC(mMDSC)和粒細胞MDSC的減少,以及原發(fā)腫瘤中mMDSC的減少。

阻斷致癌EV

外泌體是原發(fā)性腫瘤細胞和基質(zhì)細胞的重要信使,可重塑遠端器官的微環(huán)境。干擾EVs可以阻斷原發(fā)腫瘤傳遞的信號,可能有助于治療。

干擾外泌體的一個有希望的策略是直接消除循環(huán)中的外泌體。Xie等人創(chuàng)新性地提出通過納米顆粒的肝膽代謝途徑將外泌體拖入小腸。具體而言,他們設(shè)計了表皮生長因子受體靶向適配體,其偶聯(lián)帶正電的介孔二氧化硅納米顆粒上,以識別和結(jié)合血液中帶負(fù)電的外泌體。體內(nèi)實驗表明,這些納米材料有效地增加了肝臟和小腸中外泌體的分布。

應(yīng)用于術(shù)后免疫治療

為了解決手術(shù)后的復(fù)發(fā)問題,各種納米免疫調(diào)節(jié)劑已經(jīng)被開發(fā)出來用于手術(shù)切除后的免疫治療。Gu小組開發(fā)了一種納米制劑,可以噴灑到腫瘤切除腔中,噴灑后可原位形成免疫治療性纖維蛋白凝膠,并通過逐漸釋放抗CD47抗體阻斷CD47和SIRPα的相互作用,誘導(dǎo)巨噬細胞吞噬腫瘤細胞。這種納米制劑可以有效地抑制手術(shù)后局部和遠處的腫瘤復(fù)發(fā)。

納米材料輔助的術(shù)后免疫治療在防止生長在特殊部位的腫瘤長期復(fù)發(fā)方面具有更大的優(yōu)勢,而在這些部位切除額外的組織是非常不可取的,例如腦腫瘤。Jiang和同事提出了一種可注射的自制寡肽水凝膠系統(tǒng),該系統(tǒng)可促進膠質(zhì)母細胞瘤手術(shù)切除后的腫瘤特異性免疫反應(yīng),有效防止小鼠腦腫瘤復(fù)發(fā)。該水凝膠充當(dāng)CXCL10和腫瘤歸巢免疫納米調(diào)節(jié)劑(THINR)共遞送的藥物庫。在手術(shù)腔中給藥后,前體溶液形成水凝膠并隨時間釋放,其中包括米托蒽醌和靶向IDO的小干擾RNA(siIDO1)。米托蒽醌和siIDO1在內(nèi)化后的酸性環(huán)境中分解釋放,并對腫瘤細胞產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)作用,從而激活循環(huán)T細胞并緩解Treg的免疫抑制。激活的T細胞隨后被CXCL10招募到大腦,以攻擊殘留的腫瘤細胞。

與全身給藥相比,納米材料的局部給藥有可能通過限制器官暴露而減少不良反應(yīng),同時提高受影響區(qū)域內(nèi)的藥物濃度。由于腫瘤特異性免疫的激活和長期免疫記憶的形成,局部區(qū)域納米材料輔助術(shù)后免疫治療是預(yù)防腫瘤手術(shù)切除后復(fù)發(fā)的一種可行策略。

小結(jié)

納米免疫調(diào)節(jié)劑不僅能有效地消除原發(fā)性腫瘤,而且對遠端轉(zhuǎn)移具有良好的抑制作用,可預(yù)防復(fù)發(fā)。此外,納米材料可以用作多功能平臺,以補充各種免疫療法的不足。更多的免疫治療組合、人工免疫細胞和新納米材料的出現(xiàn),它們將深刻影響治療難治性和轉(zhuǎn)移性癌癥的能力。

參考文獻:

1．Nanotechnology-enhanced immunotherapy formetastatic cancer． Innovation (N Y)． 2021 Nov 28; 2(4): 100174．