纳米药物在肿瘤免疫治疗与移植免疫耐受中的研究进展①

王嘉良 杨永广 孙天盟

(吉林大学第一医院转化医学研究院，吉林大学免疫学研究所，长春130061)

纳米药物在肿瘤免疫治疗与移植免疫耐受中的研究进展①

王嘉良 杨永广 孙天盟

(吉林大学第一医院转化医学研究院，吉林大学免疫学研究所，长春130061)

随着近年来科技的发展，纳米技术已经广泛应用于医学、药学和生物学等领域，特别是纳米药物在多种疾病的诊断和治疗中发挥了重要作用。纳米药物是指以纳米颗粒作为药物载体，其直径大小在10～1 000 nm范围内，多由天然或合成高分子材料制成。纳米药物通过将药物分子包裹在其中或吸附在表面实现高效地携载包括小分子药物、多肽、蛋白质、核酸等不同类型的药物。借助不同靶向分子，纳米药物也可实现针对特定细胞进行安全有效的药物递送[1-5]。

免疫系统是机体执行免疫应答及免疫功能的重要系统，而多种疾病的发生、发展都与免疫系统功能失常有关。例如，肿瘤患者体内具有多种抑制免疫系统抗肿瘤作用的机制，致使肿瘤细胞获得免疫逃逸；器官移植患者的免疫系统过度活化，对移植物产生排斥反应等。因此，通过改造免疫细胞功能，调控免疫系统的平衡，将有效地治疗多种疾病。随着纳米药物应用研究的逐渐深入，纳米药物被广泛用于靶向不同类型免疫细胞递送药物以改造其功能，实现肿瘤免疫治疗与移植免疫耐受的目的[6,7]。

1 用于疾病治疗的纳米药物

与传统药物分子相比，纳米药物用于药物递送具有以下优势：①提高水溶性较差药物的溶解度和生物利用度；②靶向特定组织递送药物，从而减少正常组织内药物剂量；③提高药物递送到靶细胞中的效率并实现可控释放；④可同时递送多种药物，实现协同治疗的效果；⑤同时递送药物分子与成像分子，实现疾病的诊疗一体化[8,9]。目前，已被美国FDA批准用于临床治疗的纳米药物包括紫杉醇白蛋白、阿霉素脂质体、柔红霉素脂质体等[10]。

利用不同材料和制备方法可以获得具有不同尺寸、形状和表面性质的纳米药物。通过研究这些性质等对纳米药物的生物学效应的影响，研究者可以得到针对不同种类免疫细胞进行药物递送的纳米药物[11-15]。通过选择合适的药物分子，研究者可以进一步利用特定的纳米药物调控免疫细胞功能，实现对肿瘤或移植免疫排斥等多种疾病的治疗。

2 纳米药物在肿瘤免疫治疗中的应用

肿瘤的治疗是目前医学领域最为棘手的难题之一。尽管手术、化疗和放疗是临床针对肿瘤的主要治疗手段，但是这些传统的治疗方法往往难以治愈肿瘤，并且给患者带来难以忍受的副作用。近年来，免疫疗法逐渐成为肿瘤治疗的新手段。通过消除肿瘤细胞的免疫逃逸，恢复患者自身免疫系统的抗肿瘤能力，能有效杀伤肿瘤细胞，并使得治愈肿瘤成为可能。利用纳米药物靶向细胞递送药物的能力，能够在消除肿瘤细胞的免疫逃逸的同时减少免疫疗法的副作用，将为我们提供一种肿瘤免疫治疗的安全高效的新策略。

2.1 肿瘤的免疫逃逸机制 免疫系统通过识别特异性的抗原来区别“自我”与“非我”。肿瘤细胞与正常组织细胞的区别在于肿瘤细胞具有肿瘤相关抗原(Tumor associated antigens，TAAs)[16]。TAAs主要是肿瘤细胞基因突变的产物。其次，部分在肿瘤细胞表达水平高于正常细胞的蛋白，也被认为是肿瘤相关抗原。此外，病毒感染肿瘤细胞后所产生的病毒抗原也可作为肿瘤相关抗原。虽然抗原提呈细胞可以提呈肿瘤相关抗原，但无法产生抗肿瘤的特异性免疫反应，因为肿瘤细胞具有多种免疫逃逸机制来逃避免疫系统的杀伤：①肿瘤细胞产生一系列拮抗免疫杀伤作用机制实现免疫逃逸：通过下调主要组织相容性复合体(Major histocompatibility complex，MHC)Ⅰ类分子的表达水平来降低杀伤性T细胞的识别和杀伤作用；通过改变肿瘤相关抗原的表达水平与同一性，引起抗原漂移；通过表达颗粒酶特异性丝氨酸蛋白酶来抑制穿孔素/颗粒酶的杀伤作用等[17,18]；②肿瘤细胞通过抑制免疫细胞功能产生免疫逃逸：通过表达肿瘤坏死因子相关细胞凋亡配体(Tumor necrosis factor related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)诱导杀伤性T淋巴细胞凋亡，如可溶性Fas，诱饵受体3(Decoy receptor 3，DcR3)等[19,20]；通过高表达程序性死亡受体-配体1(Programmed death-ligand 1，PD-L1)等抑制杀伤性T细胞的活化；③肿瘤细胞通过募集免疫抑制性细胞抑制抗肿瘤免疫反应：肿瘤细胞通过分泌免疫抑制性分子例如转化生长因子-β(Transforming growth factor-β，TGF-β)，吲哚胺2,3-双加氧酶(Indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO)，前列腺素H2(Prostaglandin H2，PGH2)等，促进免疫抑制性细胞如调节性T细胞(regulatory T cell，Treg)、骨髓来源的抑制性细胞(Myeloid-derived suppressor cell，MDSC)、M2型巨噬细胞等在肿瘤组织的富集，抑制抗肿瘤免疫反应[21-26]。

2.2 纳米药物在肿瘤免疫治疗中的应用 针对肿瘤的免疫逃逸机制，利用纳米药物消除肿瘤细胞的免疫逃逸，恢复免疫系统的抗肿瘤能力，达到肿瘤免疫治疗的目的。Rosalia等研究者利用偶联抗CD40抗体的纳米颗粒、Xiang等研究者利用PEG-PEI聚合物包裹肿瘤抗原的上转换纳米颗粒和Choi等研究者利用封装素蛋白质制备的纳米颗粒都实现了特异性向树突状细胞递送肿瘤相关抗原的目的，在体内成功诱导产生了肿瘤特异性细胞毒性T淋巴细胞(Cytotoxic Tlymphocyte，CTL)，显著抑制了肿瘤生长[27-29]。Lee等[30]研究者利用人铁蛋白重链构成的纳米药物载体，携带肿瘤相关抗原，显著延长其在淋巴结中的滞留时间，成功地在体内诱导了肿瘤特异性CTL的产生。除利用纳米药物向抗原提呈细胞递送肿瘤相关抗原诱导产生肿瘤特异性CTL外的策略外，还可以通过消除肿瘤细胞抑制CTL功能的分子机制以及肿瘤微环境中免疫抑制细胞来达到肿瘤免疫治疗的目的。Teo等[31]研究者借助叶酸(Folic acid，FA)官能化的聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine，PEI)聚合物纳米载体，向卵巢癌细胞中递送PD-L1 siRNA，降低肿瘤细胞PD-L1的表达水平，显著增强了CTL的抗肿瘤作用。Conejo-Garcia等[32]研究者利用PEI聚合物纳米颗粒靶向肿瘤组织树突状细胞递送PD-L1 siRNA，降低其PD-L1的表达水平，将肿瘤浸润的免疫抑制性树突状细胞转化为能够促进抗肿瘤免疫反应的树突状细胞，达到抗肿瘤的目的。Li等[33]研究者用聚乙二醇-聚乳酸(PEG-PLA)纳米颗粒向T淋巴细胞中递送CTLA-4 siRNA，显著降低T淋巴细胞中CTLA-4的表达水平，增加了肿瘤组织中CTL细胞的比例的同时降低了免疫抑制性T细胞的比例，从而增强了抗肿瘤免疫反应。Wang等[34]研究者通过肿瘤组织微环境pH敏感性纳米药物载体向肿瘤组织递送IL-12，促进肿瘤微环境中的巨噬细胞从M2型巨噬细胞(抑制抗肿瘤反应)转化为M1型巨噬细胞(促进抗肿瘤反应)，从而诱导抗肿瘤免疫反应。综上所述，通过利用纳米药物针对不同靶细胞递送相应的药物分子，可以增强免疫系统识别肿瘤相关性抗原或消除肿瘤细胞免疫逃逸，从而增强免疫系统的抗肿瘤能力，实现肿瘤的免疫治疗。

3 基于纳米药物的移植免疫耐受

3.1 移植免疫排斥的机制 移植免疫排斥是导致移植物无法长期存活的关键因素。移植排斥是由受体免疫系统识别供体特异性抗原所引起的免疫反应。大多数同种异基因抗原是表达于所有有核细胞表面的MHC分子，T细胞通过识别MHC分子产生免疫杀伤反应。MHC分子具有高度多态性，在生物个体内，存在大量同种异型反应性T细胞，拥有众多免疫排斥相关的细胞亚群[35,36]。受体的T淋巴细胞通过两种不同的途径识别供体的同种异型抗原：①直接识别供体抗原提呈细胞的MHC分子或MHC-抗原复合物作为同种异型抗原，称为直接识别(Direct allorecognition)；②识别受体抗原提呈细胞摄取并通过MHCⅡ类分子提呈的同种异型供体抗原，称为间接识别(Indirect allorecog-nition)。直接识别主要发生于急性排斥反应中，而间接识别是介导慢性免疫排斥的主要因素[37,38]。CD4+辅助性T细胞与CD8+效应性T细胞都参与了移植免疫排斥反应。树突状细胞和巨噬细胞等抗原提呈细胞可以激活或抑制T淋巴细胞。T细胞的活化依赖于识别抗原提呈细胞提呈的抗原-MHC复合物(第一信号)，共刺激分子的结合(第二信号)以及相关细胞因子。单独的第一信号无法活化T淋巴细胞，反而会引起其失能并更难活化，这一机制有利于防止自身反应性T细胞的活化。第二信号是T淋巴细胞针对特异性抗原活化的关键。近年来，抑制性共刺激途径也被考虑用于诱导移植免疫耐受，例如PD-1/PD-L1，CTLA-4/B7信号通路。在小鼠体内的研究已经证明抑制共刺激分子信号通路可以诱导免疫耐受[39]。因此，利用纳米药物抑制共刺激信号通路，从而阻断T细胞活化，达到抑制受体对于移植物的免疫排斥的目的，将是有效延长移植物的存活时间的可行策略。

3.2 纳米药物在诱导移植免疫耐受中的应用 目前通过纳米药物诱导移植免疫耐受主要是利用纳米药物携带免疫抑制剂，例如类固醇、雷帕霉素、Tacrolimus(FK506)等，以及利用纳米药物靶向抗原提呈细胞递送共刺激分子抑制剂来实现。Pan等[40]研究者利用基于PLGA的生物可降解纳米药物载体，向大鼠角膜移植模型的角膜移植物中递送类固醇成功诱导了免疫耐受。Byant等[41]研究者等利用PLGA纳米药物向小鼠脾脏树突状细胞递送供体特异性抗原，同时联合使用低剂量雷帕霉素，在MHC分子完全不匹配小鼠胰岛移植实验中成功诱导了免疫耐受，该研究具有一定的临床应用意义。Zhang等[42]研究者利用1,3-β-葡聚糖(Schizophyllan,SPG)纳米颗粒向受体树突状细胞中递送CD40 siRNA，降低其中CD40表达，抑制了CD40/CD40L共刺激信号途径，显著延长了小鼠心脏移植实验中移植物的存活时间。综上所述，利用纳米药物递送免疫抑制剂或共刺激信号途径阻断剂，可以有效诱导免疫耐受，延长移植物的存活时间。

4 结语与展望

纳米技术与纳米药物经过几十年的发展，已经具备了较为完善的知识体系与实验技术。随着近年来纳米材料学、免疫学的迅速发展，纳米药物在免疫治疗应用中也得到更加快速的发展。纳米药物已经从单一的抗肿瘤药物递送为目的，发展到可以针对免疫细胞递送多种药物，成为肿瘤免疫治疗、诱导移植免疫耐受和抗自身免疫疾病等疾病的有效治疗手段。虽然纳米药物在疾病免疫治疗的研究领域已经取得了许多令人兴奋的成果，但是纳米药物的免疫原性、提高生物学效应等依旧有待深入研究。纳米药物在向某些组织或细胞如中枢神经系统、T淋巴细胞、NK细胞等递送药物的效率也有待提高。因此，深入研究纳米药物的生物学和免疫学性质，开发新型纳米药物，提高纳米药物靶向递送能力，将为纳米药物更有效实现肿瘤免疫治疗和抑制移植排斥提供更安全有效的治疗策略。

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[收稿2016-10-25]

(编辑 张晓舟)

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

①本文受国家重点基础研究发展计划(2015CB964400)、国家自然科学基金(81273334)、国家自然科学基金(81422026)、国家自然科学基金(81571798)和吉林大学白求恩计划(2015207)资助。

王嘉良(1991年-)，男，在读硕士，主要从事移植免疫学研究，E-mail:wangjl920@gmail.com。

及指导教师：杨永广(1961年-)，男，医学博士，教授，博士生导师，主要从事肿瘤免疫学及移植免疫学研究，E-mail:yongg@jlu.edu.cn。 孙天盟(1982年-)，男，理学博士，教授，博士生导师，主要从事纳米药物载体用于肿瘤免疫治疗研究，E-mail:tsun41@jlu.edu.cn。

R392

A

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