納米藥物在腫瘤免疫治療與移植免疫耐受中的研究進展①

王嘉良 楊永廣 孫天盟

(吉林大學第一醫院轉化醫學研究院，吉林大學免疫學研究所，長春130061)

納米藥物在腫瘤免疫治療與移植免疫耐受中的研究進展①

王嘉良 楊永廣 孫天盟

(吉林大學第一醫院轉化醫學研究院，吉林大學免疫學研究所，長春130061)

隨著近年來科技的發展，納米技術已經廣泛應用于醫學、藥學和生物學等領域，特別是納米藥物在多種疾病的診斷和治療中發揮了重要作用。納米藥物是指以納米顆粒作為藥物載體，其直徑大小在10～1 000 nm范圍內，多由天然或合成高分子材料制成。納米藥物通過將藥物分子包裹在其中或吸附在表面實現高效地攜載包括小分子藥物、多肽、蛋白質、核酸等不同類型的藥物。借助不同靶向分子，納米藥物也可實現針對特定細胞進行安全有效的藥物遞送[1-5]。

免疫系統是機體執行免疫應答及免疫功能的重要系統，而多種疾病的發生、發展都與免疫系統功能失常有關。例如，腫瘤患者體內具有多種抑制免疫系統抗腫瘤作用的機制，致使腫瘤細胞獲得免疫逃逸；器官移植患者的免疫系統過度活化，對移植物產生排斥反應等。因此，通過改造免疫細胞功能，調控免疫系統的平衡，將有效地治療多種疾病。隨著納米藥物應用研究的逐漸深入，納米藥物被廣泛用于靶向不同類型免疫細胞遞送藥物以改造其功能，實現腫瘤免疫治療與移植免疫耐受的目的[6,7]。

1 用于疾病治療的納米藥物

與傳統藥物分子相比，納米藥物用于藥物遞送具有以下優勢：①提高水溶性較差藥物的溶解度和生物利用度；②靶向特定組織遞送藥物，從而減少正常組織內藥物劑量；③提高藥物遞送到靶細胞中的效率并實現可控釋放；④可同時遞送多種藥物，實現協同治療的效果；⑤同時遞送藥物分子與成像分子，實現疾病的診療一體化[8,9]。目前，已被美國FDA批準用于臨床治療的納米藥物包括紫杉醇白蛋白、阿霉素脂質體、柔紅霉素脂質體等[10]。

利用不同材料和制備方法可以獲得具有不同尺寸、形狀和表面性質的納米藥物。通過研究這些性質等對納米藥物的生物學效應的影響，研究者可以得到針對不同種類免疫細胞進行藥物遞送的納米藥物[11-15]。通過選擇合適的藥物分子，研究者可以進一步利用特定的納米藥物調控免疫細胞功能，實現對腫瘤或移植免疫排斥等多種疾病的治療。

2 納米藥物在腫瘤免疫治療中的應用

腫瘤的治療是目前醫學領域最為棘手的難題之一。盡管手術、化療和放療是臨床針對腫瘤的主要治療手段，但是這些傳統的治療方法往往難以治愈腫瘤，并且給患者帶來難以忍受的副作用。近年來，免疫療法逐漸成為腫瘤治療的新手段。通過消除腫瘤細胞的免疫逃逸，恢復患者自身免疫系統的抗腫瘤能力，能有效殺傷腫瘤細胞，并使得治愈腫瘤成為可能。利用納米藥物靶向細胞遞送藥物的能力，能夠在消除腫瘤細胞的免疫逃逸的同時減少免疫療法的副作用，將為我們提供一種腫瘤免疫治療的安全高效的新策略。

2.1 腫瘤的免疫逃逸機制 免疫系統通過識別特異性的抗原來區別“自我”與“非我”。腫瘤細胞與正常組織細胞的區別在于腫瘤細胞具有腫瘤相關抗原(Tumor associated antigens，TAAs)[16]。TAAs主要是腫瘤細胞基因突變的產物。其次，部分在腫瘤細胞表達水平高于正常細胞的蛋白，也被認為是腫瘤相關抗原。此外，病毒感染腫瘤細胞后所產生的病毒抗原也可作為腫瘤相關抗原。雖然抗原提呈細胞可以提呈腫瘤相關抗原，但無法產生抗腫瘤的特異性免疫反應，因為腫瘤細胞具有多種免疫逃逸機制來逃避免疫系統的殺傷：①腫瘤細胞產生一系列拮抗免疫殺傷作用機制實現免疫逃逸：通過下調主要組織相容性復合體(Major histocompatibility complex，MHC)Ⅰ類分子的表達水平來降低殺傷性T細胞的識別和殺傷作用；通過改變腫瘤相關抗原的表達水平與同一性，引起抗原漂移；通過表達顆粒酶特異性絲氨酸蛋白酶來抑制穿孔素/顆粒酶的殺傷作用等[17,18]；②腫瘤細胞通過抑制免疫細胞功能產生免疫逃逸：通過表達腫瘤壞死因子相關細胞凋亡配體(Tumor necrosis factor related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)誘導殺傷性T淋巴細胞凋亡，如可溶性Fas，誘餌受體3(Decoy receptor 3，DcR3)等[19,20]；通過高表達程序性死亡受體-配體1(Programmed death-ligand 1，PD-L1)等抑制殺傷性T細胞的活化；③腫瘤細胞通過募集免疫抑制性細胞抑制抗腫瘤免疫反應：腫瘤細胞通過分泌免疫抑制性分子例如轉化生長因子-β(Transforming growth factor-β，TGF-β)，吲哚胺2,3-雙加氧酶(Indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO)，前列腺素H2(Prostaglandin H2，PGH2)等，促進免疫抑制性細胞如調節性T細胞(regulatory T cell，Treg)、骨髓來源的抑制性細胞(Myeloid-derived suppressor cell，MDSC)、M2型巨噬細胞等在腫瘤組織的富集，抑制抗腫瘤免疫反應[21-26]。

2.2 納米藥物在腫瘤免疫治療中的應用 針對腫瘤的免疫逃逸機制，利用納米藥物消除腫瘤細胞的免疫逃逸，恢復免疫系統的抗腫瘤能力，達到腫瘤免疫治療的目的。Rosalia等研究者利用偶聯抗CD40抗體的納米顆粒、Xiang等研究者利用PEG-PEI聚合物包裹腫瘤抗原的上轉換納米顆粒和Choi等研究者利用封裝素蛋白質制備的納米顆粒都實現了特異性向樹突狀細胞遞送腫瘤相關抗原的目的，在體內成功誘導產生了腫瘤特異性細胞毒性T淋巴細胞(Cytotoxic Tlymphocyte，CTL)，顯著抑制了腫瘤生長[27-29]。Lee等[30]研究者利用人鐵蛋白重鏈構成的納米藥物載體，攜帶腫瘤相關抗原，顯著延長其在淋巴結中的滯留時間，成功地在體內誘導了腫瘤特異性CTL的產生。除利用納米藥物向抗原提呈細胞遞送腫瘤相關抗原誘導產生腫瘤特異性CTL外的策略外，還可以通過消除腫瘤細胞抑制CTL功能的分子機制以及腫瘤微環境中免疫抑制細胞來達到腫瘤免疫治療的目的。Teo等[31]研究者借助葉酸(Folic acid，FA)官能化的聚乙烯亞胺(Polyethyleneimine，PEI)聚合物納米載體，向卵巢癌細胞中遞送PD-L1 siRNA，降低腫瘤細胞PD-L1的表達水平，顯著增強了CTL的抗腫瘤作用。Conejo-Garcia等[32]研究者利用PEI聚合物納米顆粒靶向腫瘤組織樹突狀細胞遞送PD-L1 siRNA，降低其PD-L1的表達水平，將腫瘤浸潤的免疫抑制性樹突狀細胞轉化為能夠促進抗腫瘤免疫反應的樹突狀細胞，達到抗腫瘤的目的。Li等[33]研究者用聚乙二醇-聚乳酸(PEG-PLA)納米顆粒向T淋巴細胞中遞送CTLA-4 siRNA，顯著降低T淋巴細胞中CTLA-4的表達水平，增加了腫瘤組織中CTL細胞的比例的同時降低了免疫抑制性T細胞的比例，從而增強了抗腫瘤免疫反應。Wang等[34]研究者通過腫瘤組織微環境pH敏感性納米藥物載體向腫瘤組織遞送IL-12，促進腫瘤微環境中的巨噬細胞從M2型巨噬細胞(抑制抗腫瘤反應)轉化為M1型巨噬細胞(促進抗腫瘤反應)，從而誘導抗腫瘤免疫反應。綜上所述，通過利用納米藥物針對不同靶細胞遞送相應的藥物分子，可以增強免疫系統識別腫瘤相關性抗原或消除腫瘤細胞免疫逃逸，從而增強免疫系統的抗腫瘤能力，實現腫瘤的免疫治療。

3 基于納米藥物的移植免疫耐受

3.1 移植免疫排斥的機制 移植免疫排斥是導致移植物無法長期存活的關鍵因素。移植排斥是由受體免疫系統識別供體特異性抗原所引起的免疫反應。大多數同種異基因抗原是表達于所有有核細胞表面的MHC分子，T細胞通過識別MHC分子產生免疫殺傷反應。MHC分子具有高度多態性，在生物個體內，存在大量同種異型反應性T細胞，擁有眾多免疫排斥相關的細胞亞群[35,36]。受體的T淋巴細胞通過兩種不同的途徑識別供體的同種異型抗原：①直接識別供體抗原提呈細胞的MHC分子或MHC-抗原復合物作為同種異型抗原，稱為直接識別(Direct allorecognition)；②識別受體抗原提呈細胞攝取并通過MHCⅡ類分子提呈的同種異型供體抗原，稱為間接識別(Indirect allorecog-nition)。直接識別主要發生于急性排斥反應中，而間接識別是介導慢性免疫排斥的主要因素[37,38]。CD4+輔助性T細胞與CD8+效應性T細胞都參與了移植免疫排斥反應。樹突狀細胞和巨噬細胞等抗原提呈細胞可以激活或抑制T淋巴細胞。T細胞的活化依賴于識別抗原提呈細胞提呈的抗原-MHC復合物(第一信號)，共刺激分子的結合(第二信號)以及相關細胞因子。單獨的第一信號無法活化T淋巴細胞，反而會引起其失能并更難活化，這一機制有利于防止自身反應性T細胞的活化。第二信號是T淋巴細胞針對特異性抗原活化的關鍵。近年來，抑制性共刺激途徑也被考慮用于誘導移植免疫耐受，例如PD-1/PD-L1，CTLA-4/B7信號通路。在小鼠體內的研究已經證明抑制共刺激分子信號通路可以誘導免疫耐受[39]。因此，利用納米藥物抑制共刺激信號通路，從而阻斷T細胞活化，達到抑制受體對于移植物的免疫排斥的目的，將是有效延長移植物的存活時間的可行策略。

3.2 納米藥物在誘導移植免疫耐受中的應用 目前通過納米藥物誘導移植免疫耐受主要是利用納米藥物攜帶免疫抑制劑，例如類固醇、雷帕霉素、Tacrolimus(FK506)等，以及利用納米藥物靶向抗原提呈細胞遞送共刺激分子抑制劑來實現。Pan等[40]研究者利用基于PLGA的生物可降解納米藥物載體，向大鼠角膜移植模型的角膜移植物中遞送類固醇成功誘導了免疫耐受。Byant等[41]研究者等利用PLGA納米藥物向小鼠脾臟樹突狀細胞遞送供體特異性抗原，同時聯合使用低劑量雷帕霉素，在MHC分子完全不匹配小鼠胰島移植實驗中成功誘導了免疫耐受，該研究具有一定的臨床應用意義。Zhang等[42]研究者利用1,3-β-葡聚糖(Schizophyllan,SPG)納米顆粒向受體樹突狀細胞中遞送CD40 siRNA，降低其中CD40表達，抑制了CD40/CD40L共刺激信號途徑，顯著延長了小鼠心臟移植實驗中移植物的存活時間。綜上所述，利用納米藥物遞送免疫抑制劑或共刺激信號途徑阻斷劑，可以有效誘導免疫耐受，延長移植物的存活時間。

4 結語與展望

納米技術與納米藥物經過幾十年的發展，已經具備了較為完善的知識體系與實驗技術。隨著近年來納米材料學、免疫學的迅速發展，納米藥物在免疫治療應用中也得到更加快速的發展。納米藥物已經從單一的抗腫瘤藥物遞送為目的，發展到可以針對免疫細胞遞送多種藥物，成為腫瘤免疫治療、誘導移植免疫耐受和抗自身免疫疾病等疾病的有效治療手段。雖然納米藥物在疾病免疫治療的研究領域已經取得了許多令人興奮的成果，但是納米藥物的免疫原性、提高生物學效應等依舊有待深入研究。納米藥物在向某些組織或細胞如中樞神經系統、T淋巴細胞、NK細胞等遞送藥物的效率也有待提高。因此，深入研究納米藥物的生物學和免疫學性質，開發新型納米藥物，提高納米藥物靶向遞送能力，將為納米藥物更有效實現腫瘤免疫治療和抑制移植排斥提供更安全有效的治療策略。

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[收稿2016-10-25]

(編輯 張曉舟)

10.3969/j.issn.1000-484X.2017.03.032

①本文受國家重點基礎研究發展計劃(2015CB964400)、國家自然科學基金(81273334)、國家自然科學基金(81422026)、國家自然科學基金(81571798)和吉林大學白求恩計劃(2015207)資助。

王嘉良(1991年-)，男，在讀碩士，主要從事移植免疫學研究，E-mail:wangjl920@gmail.com。

及指導教師：楊永廣(1961年-)，男，醫學博士，教授，博士生導師，主要從事腫瘤免疫學及移植免疫學研究，E-mail:yongg@jlu.edu.cn。 孫天盟(1982年-)，男，理學博士，教授，博士生導師，主要從事納米藥物載體用于腫瘤免疫治療研究，E-mail:tsun41@jlu.edu.cn。

R392

A

1000-484X(2017)00-0464-04