高俊瀟

(天津大學生命科學學院，天津 300072)

癌癥免疫療法，即利用自身免疫系統(tǒng)破壞癌細胞，最近已成為治療癌癥的有效工具。免疫系統(tǒng)能夠識別和攻擊異物，從而抵御感染和疾病；還能夠識別并破壞異常細胞，并迅速做出反應[1]。腫瘤細胞的免疫應答是由CD8+T細胞介導的一個多步驟過程，包括：(1)腫瘤細胞產生腫瘤抗原(TAs)以及抗原呈遞細胞(APC)如樹突細胞(DC)處理釋放腫瘤抗原；(2)通過主要組織相容性復合物(MHCⅠ類和MHCⅡ類物質)在抗原呈遞細胞表面呈遞腫瘤抗原，用于識別T細胞；(3)識別腫瘤抗原后在淋巴結中引發(fā)和激活T細胞；(4)活化的T細胞通過血管遷移至腫瘤；(5)T細胞浸潤后通過腫瘤細胞上的配體與T細胞受體(TCR)結合，對腫瘤細胞進行T細胞識別；(6)被T細胞殺死的腫瘤細胞釋放出更多的腫瘤抗原，最終增強免疫應答[2]。2013年，癌癥免疫療法被Nature評為年度重大突破[3]，進一步加速了其發(fā)展，并受到眾多研究者的極大關注。

腫瘤疫苗是一種極具免疫治療前景的新策略。該技術可誘導針對腫瘤抗原的特異性且持久的免疫應答。腫瘤抗原是在腫瘤組織中以及腫瘤起始、發(fā)展和轉移中發(fā)揮中心作用的過表達蛋白。主要包括兩種：一種是腫瘤特異性抗原(TSA)，即自身發(fā)生突變的蛋白；另一種是腫瘤相關抗原(TAA)，即過度或異常表達的未突變的蛋白[4]，如由致癌病毒感染后轉化的惡性細胞表達的蛋白。盡管在過去的10年里，已經開發(fā)了各種腫瘤疫苗，能夠誘導腫瘤免疫應答以阻止癌癥進一步發(fā)展并防止其復發(fā)，但是治療成功仍然存在極大障礙。

隨著現(xiàn)代疫苗的發(fā)展，對增強免疫原性的佐劑和新型遞送系統(tǒng)的需求越來越大。病毒樣顆粒(VLP)的出現(xiàn)和納米粒子(如量子點)的復興，標志著蛋白質生物技術與無機納米技術的融合，預示著納米醫(yī)學將步入一個重大進步的時代[5]。納米顆粒是指粒徑在1～1 000 nm范圍內的顆粒材料，可以作為疫苗用來運送抗原并刺激初始免疫細胞，或者用作增強免疫原性的佐劑?；诩{米顆粒的腫瘤疫苗已經被用于癌癥的廣泛治療，且可通過改變表面性質和成分來針對特定的癌癥。作者在此對納米顆粒疫苗在腫瘤免疫治療中的研究進展進行綜述，包括聚合物納米顆粒疫苗、脂質體納米顆粒疫苗、病毒樣顆粒疫苗以及無機納米顆粒疫苗，以期為納米顆粒疫苗的開發(fā)應用提供幫助，促進納米生物醫(yī)學的發(fā)展。

1 聚合物納米顆粒疫苗

多種聚合物被用于制備納米顆粒，如聚(乳酸-乙醇酸)(PLGA)、聚己內酯以及聚乙二醇(PEG)等。其中PLGA納米顆粒因具有良好的安全性和生物降解性被FDA批準為疫苗載體而受到最廣泛的研究。2019年，有研究者[6]對陽離子聚合物改性PLGA納米顆粒包埋Alhag蜂蜜多糖(AHPP)作為卵清蛋白(OVA)疫苗載體進行了研究，對殼聚糖改性的PLGA納米顆粒(CS-AHPP/OVA)、聚乙烯亞胺改性的PLGA納米顆粒(PEI-AHPP/OVA)和ε-聚-L-賴氨酸改性的PLGA納米顆粒(εPL-AHPP/OVA)作為疫苗佐劑的功效進行了比較，結果發(fā)現(xiàn)，AHPP/OVA、CS-AHPP/OVA、PEI-AHPP/OVA和εPL-AHPP/OVA納米顆?？娠@著增強T淋巴細胞的增殖與活化，同時提高CD4+T細胞/CD8+T細胞的比值；此外，AHPP/OVA、PEI-AHPP/OVA和εPL-AHPP/OVA納米顆?？烧T導細胞因子(TNF-α、IFN-γ、IL-4、IL-6)、抗體(IgG)和抗體亞型(免疫小鼠中IgG1和IgG2a)的分泌，這些納米顆粒產生了強烈的Th1免疫應答。

2 脂質體納米顆粒疫苗

免疫系統(tǒng)中脂質體的研究可以追溯到20世紀70年代初。脂質體主要由膽固醇與二肉豆蔻酰磷脂酰膽堿(DMPC)等脂類構成，可有效提高腫瘤抗原的免疫原性。針對特定的免疫細胞或亞細胞細胞器，脂質體可以被抗原呈遞細胞特異性配體修飾。如將甘露糖酸鹽DSPE-PEG引入到脂質體DOTAP中，構建淋巴靶向甘露糖化的DOTAP脂質體(LP-Man)，該脂質體通過抗原呈遞細胞上的甘露糖受體實現(xiàn)靶向行為，與非靶向的LP-OVA相比，在小鼠骨髓來源細胞(BMDC)、脾臟和腹股溝淋巴結中，LP-Man在體外和體內對OVA的攝取顯著提高[7]。此外，DC-Chol-CLS陽離子脂質體可通過與溶酶體的酸性相互作用，提高樹突細胞中溶酶體的pH值并減少抗原降解，從而促進與CD8+T細胞抗原的交叉呈遞反應[8]。Zhang研究團隊[9]合成了蜂毒素脂質體納米疫苗(R-melittin-NPs)，并對其抗腫瘤效果進行了研究。將R-melittin-NPs原位注射小鼠腫瘤部位后，蜂毒素緩慢釋放誘導腫瘤細胞壞死或凋亡，同時釋放細胞內的全腫瘤抗原和損傷相關分子模式，最終促進CD4+和CD8+T細胞分泌具有抗腫瘤作用的細胞因子IFN-γ并產生大量抗體IgG，誘導全身性抗腫瘤免疫應答。

3 病毒樣顆粒疫苗

病毒樣顆粒是由生物相容性衣殼蛋白自組裝形成的缺乏感染性核酸的自組裝納米顆粒。病毒樣顆粒是理想的納米顆粒疫苗系統(tǒng)，它們利用病毒結構，在避免感染的同時，自然地優(yōu)化與免疫系統(tǒng)的相互作用。人乳頭瘤病毒(HPV)疫苗已經用于臨床研究。2019年，有研究者報道[10]HPV疫苗RG1-VLP包含HPV16衣殼蛋白L2(RG1，aa 17～36)常見表位，將該疫苗免疫小鼠后發(fā)現(xiàn)類似Cervarix和Gardasil的HPV16中和作用(滴度為10 000)和針對hrHPV58陰道攻擊的交叉保護作用，并且即使與HPV18L1-VLP結合也可對異源hrHPV進行交叉中和。這進一步提示病毒樣顆粒疫苗具有臨床應用前景。

4 無機納米顆粒疫苗

雖然納米顆粒疫苗的相關研究不斷取得重大進展，但是一些挑戰(zhàn)仍然存在，包括難以重復合成具有一致性和理想性的納米顆粒，對納米顆粒的物理特性與細胞、組織甚至整個生物系統(tǒng)之間的相互作用機制缺乏基本了解[11]。因此，設計合理的、具有理想性能和功效的納米顆粒疫苗越來越重要。

在研究和設計理想疫苗策略中，選擇合適的佐劑極其重要，可以使疫苗產生更強的免疫原性，誘導更強的體液或細胞免疫反應，增加抗原呈遞細胞對抗原的處理，減少抗原劑量，有助于形成長期記憶反應[12]。在過去的20年里，多功能無機納米材料在生物醫(yī)學領域如成像、腫瘤治療和藥物遞送等方向得到快速發(fā)展[13]，近年來研究發(fā)現(xiàn)，無機納米顆粒疫苗佐劑的存在有利于免疫細胞的募集和成熟，從而激活免疫系統(tǒng)的功能。

4.1 鋁化合物

明礬是FDA批準的唯一一種人類使用的無機佐劑。它可促進抗原前體細胞對抗原的攝取，增強免疫細胞對注射部位的募集，誘導體液免疫反應，但是誘導細胞免疫反應的能力較弱[14]。因此，人們在明礬佐劑的改性和替代佐劑的開發(fā)方面進行了大量研究。

有研究者[15]合成了含銅和鋅的γ-AlOOH介殼層納米顆粒疫苗復合物(Cu-和Zn-AMSs)，該復合物具有隨機起皺的形態(tài)、中等尺度的空洞或洞穴狀囊袋、高暴露的表面覆蓋位點以及鹽水中的正電荷等特性。體外研究證實，Cu-和Zn-AMSs可促進THP-1分化的巨噬細胞樣細胞在體外攝取模型腫瘤抗原OVA，可增強體外的骨髓樹突細胞成熟和細胞因子釋放。體內研究表明，Cu-和Zn-AMSs可明顯增強小鼠脾細胞的抗腫瘤免疫力并增加CD4+和CD8+T細胞。此外，有研究者[16]設計了具有受控的表面功能化和電荷的AlOOH納米棒(ALNRs)，以評估其對NLRP3炎性小體的體外激活和體內免疫原性增強的影響。結果表明，NH2-官能化的ALNRs(ALNR-NH2)表現(xiàn)出較高水平的細胞攝取、溶酶體損傷和氧化應激，這決定了NLRP3炎性小體體外激活和IL-1β分泌的水平。與原始SO3H-官能化顆粒(ALNR-SO3H)相比，ALNR-NH2顯示出更高水平的OVA特異性抗體滴度。Wang 等[17]通過化學沉淀法大規(guī)模制備了羥基氧化鋁[AlO(OH)]修飾的氧化石墨烯(GO)納米顆粒疫苗復合物[GO-AlO(OH)]，除了維持AlO(OH)誘導體液免疫反應外，還可進一步引發(fā)氧化石墨烯引起的細胞免疫反應，并且可以使用簡便的混合/吸附方法摻入抗原，最終促進抗原的細胞攝取和胞質釋放并促進樹突細胞成熟，從而引發(fā)更高的抗原特異性IgG滴度，誘導強勁的CD4+和CD8+T細胞反應，并抑制體內腫瘤的生長。

4.2 介孔二氧化硅

介孔二氧化硅(MS)具有出色的生物相容性、高負載能力和堅固性、易于表面功能化的特點，被廣泛應用于難溶性藥物遞送、癌癥的成像診斷與治療等生物醫(yī)學重要研究領域[18-21]。研究發(fā)現(xiàn)，介孔二氧化硅可以被樹突細胞吞噬，顯著增加CD80+和CD86+樹突細胞，通過樹突細胞信號激活初始T細胞，并誘導其分泌細胞因子IFN-γ，同時有利于免疫細胞表達促炎細胞因子IL-18、IL-6和IL-1β等，被作為佐劑廣泛研究[22-23]。

有研究者[24]通過聚乙烯亞胺(PEI)吸附于介孔二氧化硅微棒(MSR)合成MSR-PEI疫苗，可增強抗原的免疫原性，與現(xiàn)有的MSR疫苗和大劑量疫苗制劑相比，MSR-PEI疫苗能顯著增強宿主樹突細胞的活化和T細胞免疫應答。單次注射MSR-PEI疫苗可完全消除小鼠中約80%的大型TC-1腫瘤，并產生免疫記憶。當用B16F10或CT26新抗原庫免疫時，MSR-PEI疫苗可消除已建立的肺轉移，控制腫瘤的生長并與抗CTLA4療法協(xié)同作用。Tsuji研究團隊[25]合成了空心和非空心的介孔二氧化硅納米球，并將其用作腫瘤疫苗佐劑，發(fā)現(xiàn)介孔二氧化硅納米球的空心結構能顯著促進體外巨噬細胞樣細胞對模型腫瘤抗原的攝取，增加小鼠脾細胞中CD4+和CD8+T細胞，增強小鼠抗腫瘤免疫力。有研究者[26]報道了一種由MSR與介孔二氧化硅納米粒子(MSN)耦合組成的可注射的雙尺度介孔二氧化硅(MSR-MSN)疫苗。疫苗注射后，MSR形成三維大孔支架，與抗原和Toll樣受體9激動劑共同負載的MSN被募集的樹突細胞內化，從而導致了抗原呈遞樹突細胞的激活。與單一MSR或MSN疫苗相比，MSR-MSN疫苗可產生大量抗原特異性T細胞，更大程度地抑制黑色素瘤的生長。Lin研究團隊[27]合成了尺寸小于100 nm的大孔介孔二氧化硅涂覆的上轉換納米粒子(UCMS)，并將其用作新型免疫佐劑。UCMS不僅對光敏劑花菁540(MC540)、模型蛋白(OVA)和腫瘤抗原(腫瘤細胞片段，TF)表現(xiàn)出明顯更高的負載量，而且還成功地用于體內高效疫苗。制備的UCMSs-MC540-OVA在980 nm近紅外輻射下，顯示出強烈的Th1和Th2免疫應答以及較高的CD4+、CD8+和效應記憶T細胞比例，增強了協(xié)同免疫治療效果。

4.3 其它無機納米顆粒

隨著納米生物醫(yī)學的發(fā)展，新的無機納米顆粒疫苗不斷被發(fā)現(xiàn)。有研究者[28]發(fā)現(xiàn)用TLR配體功能化的基于可生物降解的磷酸鈣納米粒子靶向B細胞的疫苗可以有效誘導和調節(jié)體內體液免疫反應。近期，有報道[29]顯示雜化銅簇納米顆粒(Cu-HVs-OVA)疫苗顯著刺激BMDC細胞表面高度表達共刺激分子CD80+與CD86+以及抗原呈遞分子MHC Ⅰ與MHC Ⅱ，同時激活細胞內炎性通路，促進IL-6和IL-1β的分泌，在小鼠腫瘤模型中顯示出較好的抗腫瘤效果。Jiang等[30]合成的NaCl納米顆粒(SCNP)溶解在腫瘤細胞內時，會引起滲透壓升高和細胞快速裂解，導致免疫原性細胞死亡，將垂死的腫瘤細胞轉化為原位疫苗，并且在原發(fā)腫瘤中觀察到激活的樹突細胞(CD80+、CD86+)、引流淋巴結歸巢樹突細胞(CD80+、CD86+、CCR7+)、效應T細胞(CD8+、IFN-γ+)亞群的增加。Wu研究團隊[31]首次發(fā)現(xiàn)Fe3O4納米顆粒作為免疫增強劑，可幫助納米復合疫苗(Fe3O4-OVA)有效刺激骨髓來源的樹突細胞的成熟以及T細胞的活化，還潛在活化了巨噬細胞。并且該治療性和預防性Fe3O4-OVA疫苗對皮下和轉移性B16-OVA腫瘤的生長起到了較好的抑制效果。

5 展望

納米材料作為調節(jié)免疫系統(tǒng)的有效工具，為現(xiàn)代疫苗的發(fā)展提供了強大的可能性。然而，如果想充分發(fā)揮納米顆粒疫苗的優(yōu)勢，需要詳細研究其組成、粒徑、形貌、疏水性、表面電荷、抗原負載能力等因素對其性能的影響，以開發(fā)高效、安全的納米顆粒疫苗；同時，還要全面了解無機納米佐劑與免疫細胞和器官的相互作用以及相應的體內外分子機制，針對靶向特定部位疾病設計新型納米顆粒疫苗，促進納米生物醫(yī)學的發(fā)展。