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靶向TAM的腫瘤納米免疫療法

2022-03-11 17:43
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前言

癌癥免疫治療已經成為癌癥治療中的一種突破性方法,通過激活固有和適應性免疫系統從而達到清除腫瘤的目的。盡管在臨床試驗中已經取得了令人興奮的結果,但仍有一些問題有待解決,如持久響應率有限、免疫相關副作用和異常臨床反應。腫瘤微環境(TME)已被證明是腫瘤免疫逃逸和治療失敗的重要原因。腫瘤相關巨噬細胞(TAM)是TME的重要組成部分,通常與不良預后和耐藥性有關,其已成為癌癥免疫治療中非常有前景的靶點。

納米技術是一個多學科的科學研究領域,專注于各種類型的納米材料。隨著納米生物技術的發展,納米材料因其在靶向給藥、精確定位藥物釋放、簡單的表面功能化、生物活性等方面的優勢,在腫瘤免疫治療中受到了廣泛關注。納米免疫療法就是基于納米材料的治療方法,通過調節免疫抑制微環境,提高免疫療法的治療效果,從而通過與其他免疫細胞相互作用激活免疫系統。事實上,基于多種納米材料的靶向給藥系統已經極大地改變了TAM相關免疫療法的領域。

腫瘤相關巨噬細胞

TAM在功能上是異質性的,分為兩個主要亞群,M1和M2巨噬細胞。在對脂多糖(LPS)、IFN-γ和GM-CSF的反應中,M1巨噬細胞經歷經典激活并優先分泌抗菌分子和促炎細胞因子,包括活性氧(ROS)、一氧化氮(NO)和IL-6。M1巨噬細胞是抵抗微生物感染的第一道防線。M1巨噬細胞還保持強大的抗原呈遞能力,誘導強烈的Th1反應。

相反,M2巨噬細胞受IL-4、IL-13、IL-10和CSF-1的作用經歷選擇性激活,并優先分泌抗炎細胞因子,包括轉化生長因子β(TGF-β)、IL-10以及蛋白酶(如精氨酸酶-1和MPPs)。M2巨噬細胞在限制免疫反應、誘導血管生成和組織修復方面起著關鍵作用。因此,M2樣TAM的存在與促腫瘤活性相關,而M1樣TAM的存在與抗腫瘤活性相關。

TAMs的免疫抑制作用

TAMs通過多種機制抑制抗腫瘤免疫反應。首先,TAMs可以通過直接參與T細胞抑制和凋亡受體來抑制T細胞功能。TAMs表達B7-1/CD80和B7-2/CD86,它們可以與T細胞表達的共抑制受體CTLA-4結合,其親和力高于與CD28共刺激受體的結合,從而抑制T細胞激活。此外,PD-L1和PD-L2在多種癌癥組織的TAM上也過表達,TAMs還可以通過其Fas配體(FasL)和TRAIL的表達直接促進T細胞凋亡。

TAMs還通過表達非經典人白細胞抗原(HLA)I類分子,例如HLA-E和HLA-G。HLA-E和HLA-G均為HLA Ib類分子,它們通過與免疫細胞表面表達的特異性抑制受體相互作用而抑制不同免疫細胞類型的活性。

與腫瘤微環境中存在的許多其他免疫抑制細胞類型相似,TAMs通過產生IL-10和TGF-β1等抑制性細胞因子抑制抗腫瘤免疫反應。這些細胞因子共同抑制效應T細胞的活化,分化,增殖和功能。同時,IL-10和TGF-β1也促進抑制性T細胞的擴增。

TAM還可以通過產生趨化因子(例如CCL2,CCL5,CCL20和CCL22)和免疫抑制代謝產物(如犬尿氨酸和ROS)間接抑制抗腫瘤免疫反應。這些趨化因子參與將調節性T細胞(Treg)募集到腫瘤微環境中,Treg隨后通過多種機制抑制效應T細胞, NK細胞,和抗原呈遞細胞(APC)的活性。犬尿氨酸及其衍生物的存在抑制了效應T細胞和NK細胞的增殖與活性,并促進了Tregs的分化。

TAM還通過表達信號調節蛋白α(SIRPα)促進腫瘤免疫逃避。SIRPα是CD47的受體,CD47經常在腫瘤細胞上過表達,并通過與SIRPα結合向巨噬細胞發送“不要吃我”的信號來在腫瘤逃逸中發揮關鍵作用。

納米技術靶向TAMs的潛在治療策略

納米技術在改善腫瘤免疫治療效果方面具有巨大的前景。鑒于TAMs在抑制抗腫瘤免疫中的作用,人們已經開發了多種納米技術方法靶向TAM,包括終止巨噬細胞募集,干擾TAM存活,以及將M2型TAM重新編程為M1型。通過納米材料靶向TAM特異性增強抗腫瘤免疫反應的最新進展已顯示出極大的潛力。

巨噬細胞募集的終止

多項研究表明,巨噬細胞募集趨化因子(CCL2、CCL3、CCL4和CCL5)、CSF-1和VEGF是可能的治療靶點,可以通過阻斷前轉移TAM阻止惡性腫瘤的擴散。為了阻斷CCL2-CCR2軸,研究人員設計了siRNA-CCR2包裹的陽離子納米粒(CNP-siCCR2),通過阻斷CCL2-CCR2軸和重塑TME來抑制腫瘤生長和轉移,從而抑制單核細胞中CCR2的表達。

在最近的一項研究中,研究人員設計了靶向CCR2的超小型銅納米顆粒的 (Cu@CuOx)作為吉西他濱的納米載體,用于PET引導藥物進入胰腺導管腺癌腫瘤。這些納米顆粒特異性地靶向單核細胞/巨噬細胞上的CCR2,并成功地抑制TAM向腫瘤的募集,這與吉西他濱的治療效果產生協同作用,最終抑制腫瘤生長,延長了PDAC腫瘤的存活時間。此外,這些超小型納米顆粒顯示出快速的清除率,降低了毒性。

TAM的清除

鑒于CSF-1R在巨噬細胞中的重要性,研究已經表明,負載CSF-1R抑制劑的納米顆粒能夠有效地消耗TAM,并抑制腫瘤生長和轉移。研究人員還設計了雙靶向納米粒(M2NP),由α-肽與M2-pep(M2巨噬細胞結合肽)聯合,并裝載了抗CSF-1R的siRNA,以精確阻斷M2型TAM的存活信號,其可增強T細胞功能并抑制黑色素瘤中的腫瘤生長。此外,Tian等人合成了含有氯化鈣和二磷酸鹽的聚乙二醇化二磷酸鈣(CaBP-PEG)納米顆粒,可清除TAM,使血管系統正;,減少血管生成,從而減少缺氧,抑制乳腺癌中的腫瘤生長。

巨噬細胞的表面標記物,如CD206,也可以用作治療靶點;谶@一概念,Zang等人開發了脂質包裹的唑來膦酸鈣納米顆粒的納米療法(CaZol@pMNPs),外表覆蓋pH敏感材料,在低pH TME中增加細胞內化和唑來膦酸鹽向TAM的遞送,從而達到清除TAM,減少血管生成并去除免疫抑制的作用,明顯減少了腫瘤生長。

細胞膜外表面的磷脂酰絲氨酸(PS)也已被用作納米顆粒中的靶向配體。鑒于MMP-2在癌細胞過表達和PS誘導的凋亡細胞吞噬作用,Liu等人最近開發了MMP-2敏感納米粒,其表面覆蓋PS并負載達沙替尼。在本研究中,納米顆粒表面的PS受腫瘤細胞分泌的MMP-2調節而外化,并向TAMs發出“吃我”的信號。研究表明,這些納米顆粒在各種生物和荷瘤小鼠模型中TAM靶向和藥物遞送方面表現出相當的準確性和高效性。

此外,放射治療可以電離DNA或產生活性氧(ROS),釋放腫瘤相關抗原(TAA),并誘導TME內損傷相關分子模式的產生,從而導致ICD。最近,Huang等人構建了基于唑來膦酸和釓的自組裝雙功能納米顆粒(ZGd-NRs),可以有效沉積X射線并產生大量羥基自由基來刺激ICD。最終,ZGd NRs可以特異性地消除TAM,通過抑制TGF-β、IL-10和VEGF重編程免疫抑制性TME,增強CD8+T細胞的浸潤,并顯著增強原發性、遠處和轉移性腫瘤中抗PD-L1治療的免疫反應。

將M2型重新編程為M1型

Toll樣受體(TLR)激動劑被認為是可將M2型TAM極化為M1型的藥物,Rodell等人設計了β-環糊精納米粒(CDNP),封裝了R848(TLR-7/8的激動劑),這是M1表型的有力驅動因素。這些納米粒的快速攝取有效地改善了藥物向TAM的傳遞,使其轉向殺瘤M1表型,抑制結直腸癌中的腫瘤生長,并增強抗PD-1的抗腫瘤免疫反應。

為了提高巨噬細胞的功效和特異性,Zhang等人最近制備了負載TLR激動劑的納米顆粒來調節TME。在這里,他們將R848封裝到聚乳酸-乙醇酸(PLGA)中,然后覆蓋B16-OVA癌細胞膜(以避免被網狀內皮系統移除),該膜進一步用M2-pep修飾并命名為PNP@R@M-T。研究證明PNP@R@M-T可以特異性地將藥物輸送到M2巨噬細胞,并使其顯著地向M1型復極,激活抗腫瘤免疫反應,減小腫瘤大小并延長動物存活時間。

小結

TAM是駐留在TME中的固有免疫細胞,促進腫瘤的發生和發展,抑制抗腫瘤免疫。清除TAM、阻止其招募或激活其復極向抗腫瘤M1型的藥物已顯示出巨大的臨床應用潛力。納米生物技術的最新進展將視線關注到靶向TAM,納米技術提高了TAM靶向藥物的穩定性和定位,降低了藥物在健康組織中的毒性。同時,在吸收納米顆粒后,TAM將其分布到整個腫瘤,包括缺氧區域,這增強了納米顆粒及其負載在組織中的分布和滲透性。

然而,盡管以TAM為靶點的納米顆粒在癌癥免疫治療和藥物遞送方面取得了一些成功,但仍有許多問題和障礙需要克服。由于TAM的特殊異質性,巨噬細胞募集和極化狀態的時間過程尚不清楚,巨噬細胞浸潤也取決于疾病的嚴重程度和分期。此外,一些靶點在正常細胞受體具有相似性可能導致副作用和毒性。另外,腫瘤中的免疫環境復雜,僅基于TAM的癌癥免疫療法不足以消除腫瘤。需要將其與其它免疫療法相結合,如檢查點抑制劑、CAR-T細胞治療或化療和放療。為了產生協同作用并且避免顯著的不良反應,必須根據納米顆粒和TME的特性仔細設計聯合療法。如果可以解決這些障礙,設計出具有更好靶向性的納米顆粒,巨噬細胞有望成為克服實體瘤相關問題的有力武器,造福于癌癥患者。

參考文獻:

1.Heterogeneous Myeloid Cells in Tumors. Cancers(Basel). 2021 Aug; 13(15): 3772.

2. Tumor-associated macrophages in cancer:recent advancements in cancer nanoimmunotherapies. J Exp Clin Cancer Res. 2022;41: 68.


       原文標題 : 靶向TAM的腫瘤納米免疫療法

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