化療藥物的免疫增效作用及其遞送系統研究進展*

鄭 君 綜述，張 亮，王志剛 審校

(重慶醫科大學超聲影像研究所/超聲分子影像學重慶市重點實驗室 400010)

全世界的惡性腫瘤發病率和病死率都在迅速增長，儼然已成為世界性公共健康問題[1]。目前臨床常用的惡性腫瘤治療手段主要有外科手術切除治療、放射治療、化學藥物治療。其中化療是惡性腫瘤綜合治療措施中非常重要的手段之一。根據化療的目的可以將化療分為根治性化療、姑息性化療、新輔助化療、術后輔助化療、腔內化療等。化療藥物主要通過干擾腫瘤細胞核酸合成、破壞DNA結構、影響蛋白質合成和功能等方式發揮抗腫瘤作用。化療藥物對增殖較快的細胞殺傷作用強，因此，在殺傷腫瘤細胞的同時化療藥物可以造成骨髓抑制，導致外周血以白細胞為主的全血細胞降低，從而引起免疫力低下，易感染、貧血，甚至出血等嚴重不良反應。隨著納米醫學的發展，越來越多的診療一體化智能反應器被開發出來。結合刺激響應藥物遞送系統治療惡性腫瘤是目前非常有前景的方法[2]。本文通過闡述部分化療藥物的免疫增效作用及刺激相應藥物遞送系統的研究進展，為構建腫瘤化學免疫治療納米反應器提供參考。

1 化療藥物的免疫增效作用

傳統觀點認為，化療藥物通過多種機制殺傷腫瘤細胞的同時會抑制機體免疫功能。近來多項研究表明，低劑量化療藥物可以誘導腫瘤細胞的免疫原性細胞死亡(ICD)，或通過免疫效應機制刺激腫瘤特異性免疫反應[3-5]。本部分將從以下兩方面內容進行闡述：(1)化療藥物促進骨髓源性抑制細胞(MDSCs)的凋亡或誘導其向有效效應細胞的極化；(2)化療藥物誘導腫瘤細胞的ICD或腫瘤細胞的免疫原性調節。

1.1 抑制MDSCs或誘導其極化

MDSCs是一種表型異質的細胞群，包括成熟的髓細胞，如粒細胞、單核細胞/巨噬細胞、樹突狀細胞，以及未成熟的髓單核細胞前體。腫瘤相關MDSCs極化后可以分為兩類：“經典”途徑激活的M1型巨噬細胞和“替代”途徑激活的M2型巨噬細胞[6]。MDSCs作為一種免疫抑制細胞群，通過抑制腫瘤特異性T細胞，促進腫瘤的免疫逃避和轉移；此外，MDSCs直接參與了新生血管的形成和腫瘤細胞的侵襲，促進了腫瘤的進展[7]。M1巨噬細胞通常被認為是有效的效應細胞，能殺死微生物和腫瘤細胞，產生大量的促炎細胞因子，如白細胞介素-12(IL-12)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和誘導型一氧化氮合酶[8]。相反，M2巨噬細胞發揮免疫抑制和促腫瘤作用，在腫瘤發生早期直接抑制M2會降低腫瘤形成的能力，隨著癌細胞的增殖，M2在腫瘤微環境重塑中的作用增強，分泌不同的細胞因子，包括：(1)IL-1、IL-6等支持腫瘤生長；(2)血管內皮生長因子(VEGF)刺激缺氧區域的血管生成；(3)IL-10、抑制CD8+T細胞對腫瘤細胞的反應性并刺激調節性T細胞的募集[9]。因此，特異性靶向MDSCs是增強抗腫瘤免疫和免疫治療的一種有效途徑。

有研究表明，像多烯紫杉醇這樣的抗微管化療藥物，除了對腫瘤的直接細胞毒性作用外，還可以通過：(1)誘導M2巨噬細胞和MDSCs的凋亡，(2)間接或直接誘導M2巨噬細胞和MDSCs的M1樣極化，刺激T淋巴細胞，增加細胞毒性T細胞(CTLs)對腫瘤的殺傷作用[3]。奧沙利鉑是廣泛應用于臨床的抗腫瘤藥物，研究表明，其可以選擇性地消耗MDSCs，同時能下調精氨酸酶1和煙酰胺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶2的表達，進一步改善MDSCs的免疫抑制和促腫瘤作用，而同樣作為MDSCs消除劑的吉西他濱并沒有發現這種作用[10]。相似地，在蒽環類藥物(如阿霉素、表阿霉素等)中也觀察到類似現象，阿霉素通過誘導活性氧的產生觸發對MDSCs的特異性凋亡，從而快速清除MDSCs；同時發現未被阿霉素清除的殘余MDSCs表現出整體的抑制活性受損，這與T淋巴細胞活性恢復相關，可以為有效的免疫治療創造有利環境[11]。文獻[5]發現，5-氟尿嘧啶也可以通過激活caspase-3和caspase-7在體內外選擇性地誘導腫瘤相關MDSCs的凋亡，增強腫瘤內抗原特異性CD8+T細胞活性，抑制腫瘤相關MDSCs的免疫抑制效應。

1.2 ICD/免疫原性調節

由特定的化療藥物或物理療法導致腫瘤細胞死亡后可以刺激人體免疫系統產生強大的抗腫瘤免疫反應，這種細胞死亡方式被稱為“ICD”[12]。化療誘導的腫瘤細胞死亡會釋放或暴露其表面的分子，這些分子可以作為先天免疫系統的輔助或危險信號，這些信號被稱為損傷相關分子模式(DAMPs)，其中有3個分子是化療藥物誘導ICD的重要標志，它們分別是細胞表面暴露的鈣網蛋白(CRT)、高遷移率族蛋白盒1(HMGB1)和腺苷三磷酸(ATP)[13]。吞噬作用對于處理凋亡體、避免不適當的免疫反應、有效吸收病原體和死亡的腫瘤細胞及激發抗原特異性免疫反應都是必不可少的。CRT可以作為吞噬細胞吞噬的調理素參與吞噬作用，表達在免疫原性死亡細胞表面的CRT作為“吃我”信號，誘導抗原呈遞和腫瘤特異性CTLs的浸潤，有效激活免疫應答[14]。HMGB1可以與Toll樣受體4(TLR4，主要在樹突狀細胞表達的Toll樣受體4)結合促進樹突狀細胞的抗原提呈能力，同時，與TLR4結合后可以觸發骨髓分化反應基因(MyD88)，TLR4/MyD88途徑進一步增強腫瘤抗原的處理及向T細胞的提呈能力[15]。自噬促進死亡細胞釋放ATP，構成樹突狀細胞及其前驅物招募的“找到我”信號和促炎刺激，觸發NOD樣受體(NLR)家族NLRP3炎癥小體分泌IL-1β，刺激CTLs產生干擾素-γ(IFN-γ)[13]。根據作用機制ICD的誘導劑可以分為兩型：其中Ⅰ型誘導劑主要通過側支內質網應激效應誘導免疫原性，而不是通過內質網應激直接誘導細胞凋亡；而Ⅱ型誘導劑則主要利用內質網作為靶點改變內質網的平衡，從而引起內質網壓力的變化誘導細胞凋亡[16]。

除了一些常見的能誘導ICD的化療藥物如阿霉素、奧沙利鉑、米托蒽醌，還有一些化療藥物雖然可以上調腫瘤細胞表面的多個分子，使它們對免疫系統介導的殺傷更敏感，但不誘發經典的ICD[17]。這種作用作為ICD的補充，稱為免疫原性調節，即抗癌療法通過改變存活癌細胞的表面表型，增強抗原特異性CTLs介導的腫瘤殺傷作用，但相比于ICD，免疫原性調節不能同時誘導CRT、HMGB1及ATP表達的增加[18]。

2 藥物遞送系統

癌癥患者由于長期輸液、采血，反復大劑量化療，使患者血管壁變薄、脆性增加、彈性下降，容易造成化療藥物外滲。化療藥物外滲可出現血栓性靜脈炎伴疼痛、水皰形成、潰瘍和壞死等嚴重的局部并發癥[19]。同時因化療藥物選擇性差，在取得治療效果的同時，損傷人體正常細胞。由于刺激響應藥物遞送系統可以延長藥物的循環時間，減輕藥物對機體的損傷，提高藥物的生物利用度，提高靶區藥物濃度[20]，可以很好地解決化療藥物的這些毒副作用。刺激響應藥物遞送系統，利用納米載體技術將藥物載于其結構當中，并通過多種修飾方式增加載體在體內的循環時間和穩定性，同時利用不同刺激響應載體將藥物釋放到病變組織或器官[21]。目前常用的藥物遞送載體主要有：(1)有機藥物遞送載體，如脂質體、膠束、樹狀大分子、蛋白質、納米乳液和其他固體脂質顆粒等；(2)無機藥物遞送載體，如金單體、量子點、磁性氧化鐵、二氧化硅、碳納米管和鉑等[22]。而刺激又可以分為外源性刺激與內源性刺激：外源性刺激包括熱、光、磁場、電場和超聲波；內源性刺激包括氧化還原反應、酶濃度、離子微環境、pH值和谷胱甘肽濃度等[23]。同時，此類遞送系統載體可用于多種成像方式，如CT、磁共振成像(MRI)、超聲成像、光聲成像、熒光成像等，結合載體的此類特性設計診療一體化的納米反應器用于腫瘤的可視化診療，有助于大大提高腫瘤診療的精準性。本部分將從外源性刺激藥物遞送系統和內源性刺激藥物遞送系統兩方面進行闡述。

2.1 外源性刺激藥物遞送系統

熱響應藥物遞送系統是由具有低臨界溶解溫度的熱敏感聚合物制成納米載體，溫度升高時納米載體將快速釋放藥物，聚N-異丙基丙烯酰胺(pNIPAM)是目前較為常用的熱敏感聚合物，LUCKANAGUL等[24]使用pNIPAM制備了納米凝膠用于遞送姜黃素。光、磁響應藥物遞送系統利用光熱、磁熱效應與熱敏感聚合物結合或單獨制成納米載體，通過裂解載體或使載體發生構象變化釋放藥物，起化療-熱療雙重治療作用[25-26]。超聲響應藥物遞送系統可以通過超聲的熱效應、機械效應等，使藥物載體在目標空間破裂釋放藥物，同時使血管內皮細胞發生可逆或不可逆性穿孔，增加對藥物的攝取，同時也可以產生局部熱療[27]。電響應藥物遞送系統涉及電化學氧化還原反應，在電場中載體電荷量的改變，使載體發生構象變化和靜電反應而釋放藥物，這種遞送系統載體由導電聚合物如聚吡咯或聚苯胺等組成[28]。

2.2 內源性藥物遞送系統

酶響應藥物遞送系統釋放藥物的機制是利用病變組織高度表達而正常組織少表達甚至不表達的酶作為刺激，制備能作為其底物的納米載體，通過酶與底物的反應使載體解聚釋放藥物[29]。pH/離子響應藥物遞送系統藥物釋放機制涉及兩個方面，其一是通過在聚合物支鏈加入酸性或堿性官能團影響納米載體的電離度，在pH變化時使納米載體的流體力學體積、構象及溶解性發生改變，使藥物從載體中釋放；其次是將藥物通過不耐酸的化學鍵連接于納米載體表面，在低pH的環境中降解釋放藥物[30]。由于谷胱甘肽的濃度是構成腫瘤還原性環境的主要因素，因此氧化還原及谷胱甘肽響應藥物遞送系統釋放藥物的機制相似，主要通過向聚合物中直接或間接引入二硫鍵，通過二硫鍵在還原性環境下裂解破壞載體結構釋放藥物[31-32]。此外，隨著對氧化還原響應性研究的深入，發現二硒鍵與丁二酰亞胺硫醚鍵也對還原性環境具有一定的敏感性，而其應用于藥物遞送的可能性有待進一步研究[33]。

3 總結與展望

化療作為惡性腫瘤治療的主要手段之一臨床上應用廣泛，但化療是一把“雙刃劍”，一方面對于手術難以切除及微小轉移灶化療能夠有效抑制腫瘤細胞，但另一方面傳統大劑量化療由于其全身毒副作用，嚴重影響患者的生活質量。而低劑量的化療可以增強腫瘤細胞的免疫原性，促進腫瘤抗原的處理和交叉提呈；誘導細胞因子的產生以增強T細胞的增殖及CTLs對腫瘤細胞殺傷的敏感性，消除免疫抑制。此外，免疫靶向治療也逐漸成為惡性腫瘤治療的重要手段，然而由于腫瘤微環境的免疫抑制作用，免疫治療的效果尚不能令人滿意。免疫治療的有效性可以通過結合低劑量化療來調節。其次免疫治療也可以提高腫瘤細胞對化療藥物的敏感性，逆轉耐藥，降低全身毒性。提示化學-免疫療法將成為今后惡性腫瘤治療方面重點關注的領域。

在此基礎上結合刺激響應藥物遞送系統，不僅可以靶向惡性腫瘤細胞，控制藥物釋放的時間與空間，進一步降低藥物的毒副作用，同時刺激響應藥物遞送系統也能通過光熱、磁熱、超聲熱效應等作用協同抗腫瘤。因此，通過刺激響應藥物遞送系統將低劑量化療藥物與免疫治療藥物結合，有望實現對惡性腫瘤安全、特異、高效的化學-免疫治療。然而這種刺激響應藥物遞送系統依賴的化學-免疫治療也存在著諸多問題有待解決，如低劑量化療標準方案的確定，低劑量化療與免疫治療藥物的用藥順序是否影響治療效果，藥物遞送載體的毒性、穩定性、生物降解性、制備產業化等。這些問題都將成為刺激響應藥物遞送系統依賴的化學-免疫療法中主要的研究方向，隨著生物醫學技術的不斷發展，這些問題都將迎刃而解。