4.1 运用纳米技术促进肿瘤免疫治疗

运用纳米技术促进肿瘤免疫治疗

1 肿瘤免疫治疗概述

随着科技的进步，免疫治疗已成为继手术治疗，化疗，放疗后的第四种治疗肿瘤的常用方法。临床上运用一些手段抑制或活化免疫系统从而达到治疗疾病的目的，称为免疫治疗。免疫治疗，基于免疫系统保护宿主的功能及其具有的特异性，记忆性，一直被认为是具有潜在治疗疾病的方法。被免疫治疗的特征所激励，科研工作者正利用免疫治疗对不同感染疾病，自身免疫疾病，变态反应，移植排斥反应，移植物抗宿主病及肿瘤开展基础和临床研究。在这些领域中肿瘤免疫治疗在临床上取到了引人注目的结果。

当前主要的肿瘤免疫治疗可以分为：细胞因子疗法，如IL-2；免疫卡点抗体疗法，如抗CTLA-4，PD-1及PD-L1的抗体；免疫共刺激受体的抗体疗法：如抗CD28、CD134、CD137的抗体；靶向肿瘤的抗体，如HER2单抗、CD20单抗等；肿瘤抗原或抗原肽刺激DC细胞的疗法；基因疗法；CAR-T等。

大部分的免疫疗法都要用到免疫调节因子，这些免疫调节因子往往具有副作用，如何减少或降低副作用对免疫治疗的成功至关重要。肿瘤抗原或抗原肽刺激DC细胞的疗法以及基因疗法往往由于抗原或基因易被降解而疗效较差。

纳米载体应用于肿瘤免疫治疗，主要有以下几点作用：（1）提高药物靶向性；（2）减轻或者消除局部和全身的毒副作用；（3）协助药物穿过体内各种屏障，实现在肿瘤部位的富集；（4）延长药物在体内的循环时间，增强治疗效果；（5）实现肿瘤的诊断和治疗一体化；（6）联合多种疗法进行肿瘤治疗。纳米载体在肿瘤疫苗、细胞因子介导的免疫治疗、抗体介导的免疫治疗及过继性免疫细胞治疗等方法上均有着卓越的表现。

纳米材料是直径1-1000nm的颗粒，经过多年的发展各种纳米材料用于肿瘤诊断和治疗已经取得很大的成功，常用的纳米材料及其特性如图1所示。研究证实10到100 nm的颗粒可以逃避肾脏的清除并能选择性的进入肿瘤组织。因此将药物包裹在纳米颗粒中可以提高药物在血循环的时间、增加在肿瘤的分布并且减少毒性。由于纳米材料易于进行修饰，因此将特定的目标分子负载在纳米材料表面能够使其更易被细胞吞噬。纳米材料因具有独特的理化性质在增强免疫治疗的同时能够显著的降低副作用。本综述主要介绍当前的几种肿瘤免疫治疗方法及其存在的问题，然后给出纳米技术在处理这些问题方面的优势。

图1 一些用于肿瘤治疗的纳米材料总结

2 纳米载体与免疫细胞

2.1 纳米载体与固有免疫细胞

存在于骨髓和血液循环中。巨噬细胞可以吞噬病原体和体内凋亡的细胞，进行抗原提呈和释放细胞因子参与固有免疫应答。巨噬细胞在介导炎症过程中承担了核心调控的角色，无论是急性炎症反应，还是长期慢性的炎症，如动脉粥样硬化、炎症性肠病及慢性阻塞性肺病，或者肿瘤的生长和转移等。巨噬细胞在分化过程中因为其存在的微环境不同可以获得不同的表型，即将分泌促炎症性因子为主的发挥促炎功能的巨噬细胞称为M1型巨噬细胞，将降低炎症反应并发挥组织修复功能的巨噬细胞称为M2型巨噬细胞。无论是M1型巨噬细胞还是M2型巨噬细胞均对其周围的纳米材料具有吞噬作用。不同的巨噬细胞所具有的不同表型，可以作为开发不同靶向药物递送策略的基础，通过细胞表面工程的方法，可以将纳米药物载体连接到巨噬细胞表面。

中性粒细胞是炎症发生之后的第一反应者，通过吞噬病原体、分泌细胞因子及释放活性氧等在机体抵御入侵的病原体初期发挥了很重要的作用，但中性粒细胞介导的长时间的炎症反应则可导致组织损伤、关节炎、癌症等严重的副作用。所以针对中性粒细胞的靶向作用则集中在限制慢性炎症，减少组织损伤等策略上。使用纳米载体特异性的递送一些物质从而不同程度的减少中性粒细胞的募集，改善对损伤和感染来说过度的炎症反应。当中性粒细胞对由细菌感染等原因发生免疫应答时，它们可以穿过内皮细胞到达损伤或者感染区域。有研究利用IV型胶原酶与抗炎肽的结合，可以使高分子材料携带抗炎肽靶向到组织损伤的部位。

2.2 纳米载体与适应性免疫细胞

2.2.1 T细胞

T细胞在免疫系统清除病原菌和对抗肿瘤的过程中扮演着核心的角色。目前在癌症免疫治疗中，有很多重要的治疗方法与T细胞相关，如免疫检查点的阻断疗法，依赖于细胞毒性T细胞的过继转输疗法，这些疗法均取得了一定的临床疗效。另一方面，非正常的T细胞免疫应答引起了很多的自身免疫性疾病，如I型糖尿病、多发性硬化等。降低或者增强这些疾病中免疫细胞的功能对于治疗这些疾病具有重要的意义。根据T细胞的特性和疾病治疗所需，T细胞可以被改造成为治疗性载体，既可以递送治疗相关的药物，其本身又可以发挥免疫调节功能。

目前主要有三种应用策略：第一种是利用T细胞连接一些治疗性的药物来增强肿瘤的过继治疗。第二种是利用纳米药物载体向肿瘤微环境中的巨噬细胞传递刺激性或者保护性的信号，从而改变肿瘤微环境，增强免疫治疗效果。第三种方法则是使血液中T细胞不断进行循环并可以靶向肿瘤细胞的策略。

2.2.2 B淋巴细胞

B淋巴细胞在抗原刺激下可分化为浆细胞，浆细胞可合成和分泌抗体（免疫球蛋白），主要执行机体的体液免疫功能。因此设计纳米药物载体用来增强抗原特异性B细胞的增殖与活化对于疫苗的研发具有重要意义。微生物本质上就是一种生物粒子，类似微米颗粒或者纳米颗粒，但表面有很多密集排列的抗原的重复拷贝，这些抗原表位正是进行靶向性设计的很好的选择。B细胞对纳米载体的刺激进行免疫应答，B细胞受体（B cell receptor, BCR）在这种应答反应中所起到的作用主要取决于纳米载体的结构。密集排列的抗原可以通过BCR 信号增强应答效果，而单一的抗原蛋白通过BCR信号起到较弱的应答效果。

图1.2.2 免疫治疗中常用的纳米载体

3 免疫微环境与肿瘤免疫治疗

纳米医学和免疫治疗是近些年来被广泛讨论和深入研究的两大重要科学问题。而纳米载体介导的药物递送则是连接这两大主题的桥梁。纳米技术使肿瘤的诊断和治疗向着微观化、无创化、功能化、智能化、动态化发展，使药物的生产和使用实现了成本低、疗效好、自动化、规模化。而使用纳米药物载体对药物或者治疗性物质进行递送，则实现了肿瘤治疗的组织器官靶向化和细胞内结构靶向化，从而对免疫细胞和免疫系统功能进行精细调控，改善免疫微环境，最终达到治疗肿瘤的目的。

肿瘤微环境，由多种不同的蛋白质和细胞组成，不但起到了支架的作用，还能分泌出各种各样的生长因子和细胞因子。肿瘤微环境中所包含的细胞主要有肿瘤细胞、免疫细胞、脂

瘤细胞的CD8+T细胞，与抗肿瘤直接相关的NK细胞，两种不同功能的 M1和M2型巨噬细胞，具有抑制功能的MDSC细胞，起到抗原提呈功能的树突状细胞，与体液免疫应答密切相关的

的治疗方法。按照治疗的原则，可以分为激活免疫系统和抑制免疫系统两种类型的治疗策略。前者主要通过诱导免疫系统杀伤异质细胞，后者旨在通过降低免疫系统的抑制性信号来增强免疫系统的清除能力。肿瘤发生时，肿瘤细胞的免疫原性并不强，但是在复杂的免疫微环境中，一些肿瘤表面的受体或者细胞因子可以帮助肿瘤逃过免疫系统的监视，并抑制自身抗肿瘤免疫的效果；肿瘤细胞还可以重塑肿瘤微环境，由此进一步影响到肿瘤的行为和状态。