脂质纳米颗粒在肿瘤免疫治疗中的应用

前言

在过去的十年中，肿瘤免疫疗法得到蓬勃发展，包括免疫刺激小分子、靶向免疫细胞的免疫检查点抑制剂（ICI）、表达嵌合抗原受体（CARs）的自体T细胞或自然杀伤（NK）细胞以及表达肿瘤抗原或CARs的mRNA用于癌症免疫治疗。其中，小分子、ICIs和mRNA疗法被用作许多实体瘤的独立治疗，如黑色素瘤、非小细胞肺癌（NSCLC）和尿路上皮癌。

然而，尽管癌症免疫疗法前景广阔，但这些免疫疗法也存在明显的局限性：水溶性差、免疫介导的不良事件（IRAE）以及长期给药后生物活性的丧失限制了小分子疗法的免疫刺激功效。因此，癌症免疫治疗面临的主要挑战可归因于缺乏能够使治疗药物接近其目标的递送系统。基于脂质的纳米颗粒（NPs），包括脂质体、脂质纳米颗粒（LNP）和纳米乳液（NEs），已被开发为递送多种治疗剂的平台。与其他纳米级递送系统相比，脂质NP在最大限度地减少系统毒性的同时保持了在水相中的高溶解度，这是聚合物NP和无机NP在临床应用中都无法克服的，这些优势使脂质NPs成为FDA批准的最常见的纳米药物类型。

脂质NP开发的最新进展使其不仅可以递送小分子，还可以递送mRNA，通过细胞毒性免疫细胞激活、检查点阻断和CAR-T细胞治疗等实现有效的抗癌免疫治疗。

脂质NP的成分

基于脂质的NP表现出各种类型的结构。大多数脂质NP呈近球形，具有一个或多个脂质外层。

尽管脂质体、LNP和NE可能表现出不同的内部结构，但典型的基于脂质的NP由阳离子脂质或具有叔胺或季胺的可电离脂质组成，以封装阴离子有效载荷；辅助脂质也用于稳定脂质层和促进膜融合；加入聚乙二醇（PEG）脂质或表面活性剂，以提高长期储存的胶体稳定性，并防止有效载荷在进入到全身血液中时快速降解。此外，NEs还包括油相，油相可以是三酰基甘油、二酰基甘油或单酰基甘油、植物油、矿物油、游离脂肪酸等。

NP用于小分子的免疫激活

化疗

越来越多的证据表明，宿主免疫系统在化疗的过程中也起着重要作用，最终导致抗肿瘤反应。脂质NP首次被用于封装化疗药物作为抗癌药物。化疗药物奥沙利铂在小鼠结直肠癌模型中会导致肿瘤MHCI上调，免疫抑制细胞（Treg、MDSC和TAM）减少。有趣的是，与游离奥沙利铂相比，奥沙利铂的脂质体制剂表现出更好的抗肿瘤免疫性，这表明向TME精准递送化疗药物将触发更好的抗瘤免疫性。

免疫系统激动剂（小分子、核酸或肽）

抗原呈递细胞（APC）通过模式识别受体（PRR）感测肿瘤相关抗原或病原体/损伤相关分子模式（PAMPs/DAMPs），活化的APC将触发促炎细胞因子和趋化因子，以激活适应性免疫系统杀死肿瘤细胞。

TLR、NOD样受体（NLR）和RIG-I样受体（RLR）的激动剂被开发用于诱导有利于抗肿瘤活性的促炎性免疫反应。Pam3Csk4是一种TLR1/2激动剂，使用了具有OVA mRNA的LNP。TLR7/8/9激动剂也被广泛研究，将咪唑喹啉类TLR 7/8激动剂，如imiquimod和resiquimod，装入脂质体制剂中，可以延长其在血液循环中的保留时间。干扰素基因刺激因子（STING）是位于内质网的另一种PRR，激活的STING将增强I型干扰素与其他促炎细胞因子的协同作用，从而增强抗肿瘤免疫。环二核苷酸（CDN）是一种有效的STING受体激动剂，可封装到脂质NP中，以增强全身抗肿瘤免疫。

RNA干扰（RNAi）技术

RNAi技术（siRNA、shRNA、miRNA、ASO等）可以诱导特异性基因调控，成为传染病、神经退行性疾病、癌症和其他罕见疾病的新治疗领域。除了直接靶向特定癌基因外，RNAi还可以通过下调免疫抑制蛋白来增强抗肿瘤免疫应答。

从肿瘤抗原到基于mRNA的治疗

肿瘤的肿瘤抗原主要依赖于肿瘤抗原肽或编码mRNA的递送。使用脂质体递送TAAs/TSA长合成肽可以极大地保护使其不受降解，同时更容易接近APC。

使用脂质NP的第一种个性化IVAC突变体组是一种编码多重新表位的RNA疫苗，其安全性、免疫原性和耐受性已在黑色素瘤患者的I期临床试验（NCT02035956）中进行了评估。观察到针对疫苗抗原的强烈免疫应答，无不良药物反应，耐受性良好。此外，许多其他编码不同抗原的个性化mRNA癌症疫苗都使用脂质纳米系统，并已进入临床阶段（NCT03897881、NCT02316457、NCT03313778、NCT03480152、NCT03303398）。

NP用于细胞治疗

最近，个性化过继细胞治疗在血液肿瘤临床试验中显示出大前景。过继细胞疗法包括TIL疗法、工程化T细胞受体疗法（TCR-T）、CAR-T细胞疗法和NK细胞疗法。尽管过继细胞疗法具有巨大的潜力，但由于使用病毒载体进行体外细胞工程化，也引起了对免疫副作用和插入突变的担心。此外，复杂的制造和高成本也会阻碍CAR-T在更广泛的患者群体中的应用。因此，需要新的体外转染技术来实现更安全、更经济的过继细胞治疗。

在临床前研究中，含有编码DNA或mRNA的脂质NP在瞬时转染中显示出优异的效果。可以通过简单的快速混合来配制基于脂质NP的包封mRNA，因此，选择用于细胞工程化的脂质NP主要关注其有效载荷的转染效率。此外，脂质NP通常被认为具有低细胞毒性，因此，基因转染和T/NK细胞激活的过程可以同时进行。

有研究报告了用于体外T细胞工程化的可电离LNP包封CAR的开发，首次证明LNP的体外工程化CAR-T与慢病毒工程化CAR-T具有相似的肿瘤杀伤活性。脂质NPs/mRNA转染策略也用于NK细胞工程。Chandrasekaran等人首次报道了含有TRAIL的脂质体工程化的超级NK细胞的开发。TRAIL工程化的NK细胞通过诱导体内肿瘤引流淋巴结中的细胞凋亡显示出较强的肿瘤杀伤活性。

小结

基于脂质的NP代表了小分子和核酸的最先进和最广泛应用的递送载体。在癌症免疫治疗中，基于脂质的NP不仅可以在体内递送小分子和mRNA，以实现巨大的抗肿瘤活性，而且能够以与其他非病毒或病毒载体相当的效率进行体外工程化细胞治疗。相信随着更多的免疫治疗方法、人工免疫细胞和新纳米材料的出现，它们的组合将深刻影响肿瘤免疫治疗领域。

参考文献：

1.Application of lipid-based nanoparticles in cancer immunotherapy. Front Immunol.2022; 13: 967505.