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这篇综述聚焦纳米材料驱动的原位疫苗接种（ISV）在肿瘤免疫治疗中的应用。阐述其通过逆转肿瘤微环境（TME）、诱导免疫原性细胞死亡（ICD）发挥抗癌作用，介绍临床应用及挑战，强调纳米材料的优势，为肿瘤免疫治疗研究提供了全面且有价值的参考。
### 纳米材料驱动的原位疫苗接种：肿瘤免疫治疗的新前沿
癌症一直是全球范围内导致死亡的主要原因之一。传统的癌症治疗方法，像手术、放疗和化疗，虽然在一定程度上有效，但对于晚期癌症患者来说，疗效往往有限，还伴随着治疗耐药、高复发率以及严重的副作用等问题。近年来，免疫治疗的出现给癌症治疗带来了新的希望，它通过激活人体自身的免疫系统来识别和清除癌细胞。然而，免疫治疗在不同癌症类型中的效果差异较大，而且常常会引发严重的免疫相关不良反应，其中一个关键限制因素就是肿瘤微环境（TME）具有免疫抑制和缺氧的特性，这大大削弱了免疫系统对抗肿瘤的能力。
原位疫苗接种（ISV）作为一种新兴的癌症免疫治疗策略，旨在克服传统免疫治疗的这些局限性。ISV 通过在肿瘤部位直接刺激免疫系统，将 “冷” 的肿瘤微环境转变为 “热” 的肿瘤微环境，从而增强抗肿瘤免疫反应。纳米材料因其独特的性质，如增强的通透性和滞留效应（EPR）、可控的药物释放等，在 ISV 中发挥着重要作用，为癌症治疗带来了新的曙光。
从免疫治疗的角度来看，免疫治疗在临床实践中应用广泛，显著改变了癌症的治疗格局。其中，免疫检查点抑制剂（ICIs）和嵌合抗原受体修饰的 T 细胞（CAR - T）疗法为许多患者带来了显著的临床益处。但这两种免疫治疗方法也存在局限性，ICIs 可能会引发免疫相关的毒性反应，如严重的心肌炎、皮疹和肺炎等；CAR - T 细胞疗法则与细胞因子释放综合征和神经毒性相关。而且，ICIs 的疗效依赖于 PD - L1 的表达，CAR - T 细胞疗法会受到抗原逃逸、脱靶效应以及免疫抑制微环境的影响。
除了 ICIs 和 CAR - T 细胞疗法，肿瘤疫苗近年来也备受关注并取得了一定进展。肿瘤疫苗主要由肿瘤抗原和免疫佐剂组成，肿瘤抗原包括肿瘤相关抗原（TAAs）、肿瘤病毒抗原和新抗原等。然而，TAAs 由于在正常细胞中也存在，免疫系统往往难以将其识别为外来物质并产生有效的免疫反应。因此，研究逐渐转向新抗原，但肿瘤的异质性限制了新抗原靶向疫苗的广泛应用。
ISV 是一种独特的肿瘤疫苗，与传统肿瘤疫苗不同，它仅包含佐剂。ISV 可以广泛应用于各类癌症患者，无需识别肿瘤抗原，也不需要进行肿瘤基因组测序，这大大节省了时间和准备成本。此外，ISV 利用肿瘤微环境中已有的肿瘤抗原，增强了对肿瘤细胞的识别和靶向能力。同时，通过局部给药，ISV 提高了安全性，减少了免疫相关的不良反应，且所需药物浓度较低。
人体免疫系统处于一种微妙的平衡状态，既要防止对正常组织的攻击引发自身免疫疾病，又要识别和清除异常细胞，包括肿瘤细胞。然而，肿瘤微环境却给免疫系统带来了巨大挑战。在肿瘤微环境中，癌症相关成纤维细胞大量存在，它们通过招募免疫细胞、分泌多种生长因子和细胞因子，如血管内皮生长因子（VEGF）、基质金属蛋白酶和转化生长因子 β（TGF - β）等，显著促进肿瘤的进展。肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在肿瘤微环境的免疫反应中也起着关键作用，根据所遇到的刺激不同，TAMs 可以极化为 M1（抗肿瘤）或 M2（促肿瘤）表型，不幸的是，在肿瘤微环境中 M2 型促肿瘤巨噬细胞占主导地位，它们分泌多种免疫抑制细胞因子，进一步促进肿瘤生长。
与此同时，对肿瘤细胞清除至关重要的 CD8+ T 细胞，由于长时间的 T 细胞受体（TCR）信号传导，往往会功能失调并耗竭。调节性 T 细胞（Tregs），作为 CD4+ T 细胞的一个特殊亚群，被 TAMs 分泌的趋化因子招募到肿瘤微环境中。这些 Tregs 释放免疫抑制细胞因子，如白细胞介素（IL） - 10 和 TGF - β，抑制抗肿瘤免疫，促进肿瘤细胞的免疫逃逸。Tregs 还可以诱导不依赖于细胞毒性 T 淋巴细胞相关蛋白 4（CTLA - 4）的免疫抑制，使得针对 CTLA - 4 的治疗无效。此外，髓源性抑制细胞（MDSCs）在肿瘤微环境中被招募并扩增，它们抑制 CD8+ T 细胞和自然杀伤（NK）细胞的功能，同时促进血管生成和肿瘤侵袭。
除了免疫相关的改变，肿瘤微环境中的缺氧状态和升高的活性氧（ROS）水平进一步推动了肿瘤细胞的免疫逃逸、肿瘤进展和转移。这些因素共同使得肿瘤微环境成为一个免疫抑制的环境。虽然 ISV 在调节局部实体肿瘤的肿瘤微环境方面效果显著，但在治疗系统性恶性肿瘤，如血液系统癌症时仍面临挑战，因为这些恶性肿瘤通常具有广泛的浸润性，使得 ISV 的直接给药变得复杂。不过，先进的纳米技术策略，如能够靶向特定组织（如骨髓）的功能化纳米颗粒，有望扩大 ISV 在系统性恶性肿瘤中的应用范围。
ISV 发挥治疗作用的关键机制之一是利用佐剂逆转免疫抑制的肿瘤微环境。ISV 使用的佐剂可以减少免疫抑制细胞，包括 MDSCs、M2 型促肿瘤巨噬细胞、Tregs 和未成熟的树突状细胞（DCs）的存在，同时促进肿瘤微环境中免疫刺激细胞，如 M1 型抗肿瘤巨噬细胞、CD8+ T 细胞和活化的 DCs 的扩增。通过将肿瘤微环境从免疫抑制状态转变为免疫刺激状态，ISV 恢复了免疫系统的抗肿瘤功能，增强了其清除肿瘤的能力。
另一个关键机制是诱导免疫原性细胞死亡（ICD）。早在 19 世纪 90 年代，William Coley 就观察到术后感染可能导致未切除肿瘤的消退，他发现注射细菌后肿瘤会缩小，但当时这种治疗方法并未得到广泛认可。20 世纪 50 年代，研究人员发现放疗可以诱导 “远隔效应”，即未受照射的肿瘤在放疗后也会消退，直到 21 世纪，科学家们才将这种效应与免疫系统联系起来，认识到 ICD 是系统性抗肿瘤免疫的关键因素。
癌细胞在缺氧、损伤或其他应激条件下可能会死亡，但有些情况下癌细胞的死亡是非免疫原性的，无法引发强烈的抗肿瘤免疫反应。而 ICD 会导致损伤相关分子模式（DAMPs）的释放，这些 DAMPs 能被天然模式识别受体（PRRs）识别。DAMPs 包括钙网蛋白（CRT）、三磷酸腺苷（ATP）、热休克蛋白 70（HSP70）和 90（HSP90）以及高迁移率族蛋白 B1（HMGB1）等分子，PRRs 则包括 Toll 样受体（TLRs）和核苷酸结合寡聚化结构域（NOD）样受体（NLRs），它们都是免疫原性的指标。突变的 DCs 随后被招募到肿瘤部位，吞噬死亡的肿瘤细胞并释放肿瘤抗原。这些抗原呈递细胞（APCs）被激活后，将肿瘤抗原呈递给 T 细胞，促进 T 细胞分化为细胞毒性 T 淋巴细胞（CTLs）、辅助性 T 细胞（Th）和效应记忆 T 细胞（TEMs）。这个过程会招募和激活各种免疫细胞，包括 NK 细胞、粒细胞和 B 细胞。此外，B 细胞产生的抗体在全身循环，靶向远处的肿瘤，有助于产生 “远隔效应”。记忆 T 细胞的激活还可以预防肿瘤复发，提供长期的治疗益处。
尽管在过去几十年里对 ISV 进行了广泛的研究，但目前只有少数 ISV 药物获得了美国食品药品监督管理局（FDA）的临床使用批准。其中，卡介苗（BCG）是最早获批的药物之一，它可以抑制膀胱癌的生长，根除膀胱肿瘤并预防复发，被广泛用于膀胱癌的术后治疗，能显著延长患者的生存期。然而，BCG 的治疗机制尚未完全明确。
FDA 批准的另一类 ISV 药物是 TLR7/8 激动剂，如咪喹莫特（IM）和瑞喹莫德，用于治疗皮肤癌。它们的作用机制相对简单，通过激活 PRRs 来触发免疫反应。目前还有几种 TLR7/8 激动剂正在研发中，有望为未来的治疗提供更多选择。
溶瘤病毒 Talimogene laherparepvec（T - VEC）也已获批用于治疗黑色素瘤，它是首个获得 FDA 批准的溶瘤病毒，经过基因改造后增强了免疫原性。不过，由于其应用时间较短，长期的临床结果和疗效还需要进一步评估。
此外，某些细胞因子，如 IL - 12 和粒细胞 - 巨噬细胞集落刺激因子（GM - CSF），也被直接用作 ISV 药物，它们可以刺激 Th 细胞，招募 DCs，促进肿瘤抗原的呈递。为了提高药物的靶向性，减少全身副作用，研究人员还在探索配体功能化纳米颗粒、超声和磁场等外部刺激等策略，这些方法可以引导纳米颗粒到达特定的肿瘤部位，提高治疗的精确性，减少脱靶效应。
目前，多项关于 ISV 的临床试验正在进行中。例如，多功能免疫调节剂 Poly - ICLC 已进入 II 期临床研究，它可以刺激 TLR3 和黑色素瘤分化相关蛋白 5（MDA5），激活 NK 细胞、CD4+ T 细胞和 CD8+ T 细胞，逆转免疫抑制的肿瘤微环境。相关的 I 期试验表明，Poly - ICLC 耐受性良好，但不同患者的治疗效果存在差异。然而，ISV 药物的临床开发面临诸多挑战，其疗效受肿瘤微环境的影响很大，不同癌症类型和患者之间的肿瘤微环境差异显著，这使得难以实现广泛的治疗效果。而且，ISV 治疗通常需要瘤内注射，这可能会限制患者招募，使临床试验设计变得复杂。从制造角度来看，纳米材料的可扩展性和可重复性也是重大挑战，难以确保生产批次间纳米颗粒的大小和稳定性一致。此外，安全性问题，如脱靶毒性和免疫相关不良反应，也给严格的监管要求带来了障碍。
ISV 的成功很大程度上依赖于其逆转免疫抑制性肿瘤微环境和诱导强大免疫反应的能力。传统的佐剂和免疫治疗药物在实现这些效果方面虽有一定潜力，但常常受到全身毒性、靶向性不足和免疫细胞激活不理想等因素的限制。纳米材料在这方面具有显著优势，其独特的性质，如增强的通透性、滞留性和可控的药物释放，使其能够精确地在肿瘤部位定位，最大限度地减少脱靶效应，同时最大化免疫刺激潜力。此外，某些纳米材料还可以通过缓解缺氧、促进免疫细胞浸润和诱导 ICD 等方式，积极调节肿瘤微环境，增强 ISV 的整体疗效。
纳米颗粒的大小通常在 1 到 100nm 之间，在增强 ISV 的癌症免疫治疗效果方面发挥着关键作用。纳米颗粒可大致分为无机和有机两类，有机纳米颗粒，如铁蛋白、胶束、树枝状大分子和脂质体，具有良好的生物相容性，适用于药物递送；无机纳米颗粒，如金属和金属氧化物纳米颗粒，则具有更高的稳定性和独特的物理化学性质，非常适合肿瘤靶向和免疫调节。纳米材料的纳米级尺寸赋予了它们独特的性质，增强了与生物系统的相互作用。
纳米材料在 ISV 中的应用备受关注，因为它们可以改善药物递送、促进免疫细胞激活和调节肿瘤微环境。其高比表面积使其具有更高的催化活性，可用于产生活性氧（ROS）和一氧化氮（NO），这两者在破坏免疫抑制性肿瘤微环境中起着重要作用。例如，银纳米颗粒可以通过产生活性氧发挥抗菌作用并刺激免疫反应，从而提高 ISV 的疗效。纳米材料还可以被设计成将免疫刺激剂和肿瘤抗原直接输送到肿瘤部位，优化免疫激活效果，同时降低全身毒性。它们可以增加肿瘤血管的通透性，增强抗原呈递，这些特性对于实现强大的 ISV 介导的免疫反应至关重要。
纳米材料的独特性质使其成为 ISV 策略发展的核心。最初，纳米材料主要利用 EPR 效应在药物递送中发挥作用，由于肿瘤血管相对于正常组织具有更大的孔隙，纳米材料可以被动地在肿瘤中积累。研究人员通过调整纳米颗粒的大小、形状和柔韧性，以及加入释放一氧化氮的试剂来增加血管通透性，优化纳米材料向肿瘤部位的递送。
除了被动靶向，纳米药物还被设计成能够持续释放药物，这是 ISV 在肿瘤部位维持长时间免疫刺激的关键要求。将治疗药物包裹在纳米材料中可以实现持续和可控的释放，确保免疫激活分子的持续存在。例如，脂质体包裹的阿霉素与游离阿霉素相比，半衰期显著延长，能够更长时间地作用于肿瘤细胞，增强 ISV 诱导的免疫反应。此外，纳米材料独特的大小和结构特性可以提高难溶性药物的溶解度，保护药物免受 pH 变化或温度波动的影响，提高其在肿瘤微环境中的稳定性和疗效。
重要的是，纳米材料不仅可以作为药物递送载体，还可以作为佐剂直接调节 ISV 中的免疫反应。某些纳米材料，特别是那些被设计用于诱导 ICD 的纳米材料，能够释放 DAMPs，招募和激活免疫细胞，进一步刺激免疫系统。通过逆转肿瘤微环境的免疫抑制特性，这些纳米材料有助于引发强大的抗肿瘤免疫反应。而且，纳米材料可以与化疗、放疗和光热疗法等其他疗法协同作用，提高整体治疗效果。例如，纳米颗粒与放疗结合可以增加肿瘤的免疫原性，含有紫杉醇等化疗药物的纳米制剂也可以诱导 ICD，产生更强的免疫反应。
由于纳米材料的独特性质，它们在临床应用中取得了显著成功，一些纳米药物已获得 FDA 批准用于癌症治疗。例如，Doxil 是首个获得 FDA 批准的纳米药物，它将阿霉素包裹在脂质体中，提高了药物递送效率，同时降低了全身毒性，用于治疗卵巢癌。Genexol - PM 是一种紫杉醇的聚合物胶束制剂，增强了抗肿瘤效果，被批准用于治疗乳腺癌和非小细胞肺癌。
纳米材料在 ISV 策略中也发挥着越来越重要的作用。NBTXR3 是一种功能化的氧化铪纳米颗粒，它可以显著增强放疗的效果，通过提高癌细胞的免疫原性，激活适应性抗肿瘤免疫反应。临床试验表明，与单独放疗相比，NBTXR3 联合放疗能更好地激活免疫反应。纳米级溶瘤病毒，如 T - VEC 和 Delytact，也是 ISV 的重要组成部分，它们可以选择性地感染肿瘤细胞，诱导肿瘤细胞破坏，同时触发全身免疫反应。当通过纳米颗粒递送溶瘤病毒时，可以实现直接肿瘤裂解和免疫激活的协同作用。目前，还有许多其他纳米材料正在进行临床试验评估，随着更多纳米药物获得监管批准，它们有望为癌症免疫治疗带来新的选择。
肿瘤微环境通常处于免疫抑制和缺氧状态，这是癌症恶性发展的关键因素。ISV 不仅可以将免疫抑制的肿瘤微环境转变为免疫刺激状态，纳米材料还可以帮助逆转肿瘤缺氧。然而，并非所有肿瘤微环境都适合基于注射的药物递送，例如当肿瘤被致密的纤维化组织包裹、位于难以到达的解剖区域（如中枢神经系统或骨骼）或被高间质液压等病理生理屏障包围时，直接注射的效果会受到限制。此时，可以采用基于导管的介入递送方法，利用放射成像技术（如荧光透视、计算机断层扫描或磁共振成像引导）将导管精确放置在肿瘤部位或其附近，这种方法对于将免疫刺激剂递送到深部肿瘤或敏感结构内的肿瘤（如肝转移瘤或脑肿瘤）特别有利。另外，超声引导的微泡辅助药物递送技术可以增强致密或纤维化肿瘤组织的通透性，微泡与超声结合，暂时破坏肿瘤的细胞外基质和血管屏障，促进免疫刺激剂或携带 ISV 成分的纳米颗粒更深层次的渗透。磁共振引导的聚焦超声（MRgFUS）也是一种精确且无创的 ISV 药物递送途径，它可以通过产生局部热或机械力，增加血管通透性，降低间质液压，增强药物在包裹性肿瘤中的渗透，还可以通过热敏纳米载体进一步优化，使免疫刺激剂仅在肿瘤部位释放，实现 ISV 与热靶向的协同治疗效果。
病毒样颗粒（VLPs）由多种蛋白质组成，具有刚性且重复的表面结构，能够形成病原体相关结构模式（PASPs），有助于 B 细胞受体的交联，这是 B 细胞激活早期的关键步骤。植物病毒纳米颗粒（PVNPs）作为一种有前景的抗肿瘤疗法，能刺激 APCs 的吞噬作用，虽然具体机制尚不清楚，但激活的 APCs 会释放细胞因子和趋化因子，有助于逆转免疫抑制的肿瘤微环境。PVNPs 还可以激活 TLRs。例如，豇豆花叶病毒（CPMV）可以在乳腺癌、卵巢癌等小鼠模型中刺激抗肿瘤免疫反应，其强大的抗肿瘤作用可能归因于激活 TLR2、TLR4 和 TLR7。马铃薯 X 病毒（PVX）可以通过 ISV 机制减缓黑色素瘤的进展，与阿霉素结合的双功能纳米颗粒表现出比单独使用 PVX 或阿霉素更强的抗肿瘤效果。番木瓜花叶病毒纳米颗粒（PapMVs）可以通过增加 CD8+ T 细胞浸润、减少 MDSCs，显著延缓黑色素瘤的进展并延长生存期，与 PD - 1 抑制剂联合使用时还表现出协同效应。苜蓿花叶病毒在乳腺癌模型中通过增加 IFN - α、IFN - γ、IL - 6 和 IL - 12 的水平，大大减缓了肿瘤的进展。
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