祝紅達(dá)，楊朝波，劉閱，張子林，馬凱，關(guān)業(yè)能

（湖北工業(yè)大學(xué) a.生物工程與食品學(xué)院；b.發(fā)酵工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；c.工業(yè)微生物湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430068）

傳統(tǒng)的腫瘤治療方法（手術(shù)、化療和放療）在本質(zhì)上都是局部直接根除腫瘤細(xì)胞和組織，雖有一定的療效但通常難以治愈，特別是化療由于靶向性差造成的副作用嚴(yán)重，還會(huì)導(dǎo)致免疫系統(tǒng)功能的降低.近年來(lái)腫瘤免疫療法得到極大的發(fā)展，如免疫檢查點(diǎn)抑制劑、細(xì)胞因子、癌癥疫苗等，其通過(guò)活化免疫細(xì)胞激活免疫系統(tǒng)達(dá)到殺死腫瘤細(xì)胞的目的［1］.2015 年美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)將免疫檢查點(diǎn)抑制劑用于非小細(xì)胞肺癌的治療，使其成為最耀眼的抗癌明星［2］，但患者的實(shí)際響應(yīng)率偏低，部分患者出現(xiàn)較嚴(yán)重的免疫相關(guān)不良事件（irAEs）［3］.為了降低免疫療法的副作用，許多研究試圖用多種方法聯(lián)合免疫療法用于腫瘤的治療，其中光療特別是近紅外光（650～1700 nm）由于其優(yōu)異的光物理學(xué)參數(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的診斷與治療方面被廣泛關(guān)注.首先，近紅外光以非電離方式進(jìn)行輻射，不會(huì)對(duì)組織造成明顯的傷害及遺傳毒性［4］；其次，用于近紅外的設(shè)備與輻射設(shè)備相比要便宜得多［5］；最后，近紅外激光在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已有數(shù)十年的發(fā)展，其安全性和方法理論有一定的保障［6］，這些優(yōu)勢(shì)給予近紅外光以巨大的臨床應(yīng)用潛能.近紅外光聯(lián)合免疫療法策略不僅增強(qiáng)了原發(fā)腫瘤細(xì)胞的凋亡，遠(yuǎn)端腫瘤和腫瘤轉(zhuǎn)移也被明顯抑制［7］.本文對(duì)近年來(lái)近紅外光協(xié)同免疫療法增強(qiáng)抗腫瘤的設(shè)計(jì)策略、應(yīng)用、現(xiàn)存問(wèn)題及未來(lái)展望進(jìn)行綜述.

1 近紅外光協(xié)同免疫療法的設(shè)計(jì)策略

1.1 光熱療法協(xié)同免疫治療

光熱治療（PTT）是基于能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)換為熱能的光熱轉(zhuǎn)化劑的一種治療方法，其靶向腫瘤細(xì)胞后，在近紅外光的照射下光熱轉(zhuǎn)化劑吸收光子能量使其從基態(tài)單重態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)單重態(tài)，激發(fā)的光熱試劑通過(guò)與周?chē)肿又g的碰撞返回基態(tài)，動(dòng)能的增加會(huì)導(dǎo)致腫瘤部位周?chē)h(huán)境溫度升高而消融腫瘤細(xì)胞［8］，造成腫瘤細(xì)胞的DNA 及蛋白質(zhì)等的不可逆損壞而抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)［9］；同時(shí)腫瘤細(xì)胞凋亡產(chǎn)生免疫原性細(xì)胞死亡（ICD），釋放損傷相關(guān)的分子模式（DAMPs）［10］，刺激樹(shù)突狀細(xì)胞（DC）的成熟并激活殺傷性的免疫細(xì)胞、提高相關(guān)細(xì)胞因子表達(dá)水平［11］（圖1）.目前研究較多的光熱轉(zhuǎn)化劑有CuS［12］、金納米粒子［13］、有機(jī)聚合物［14］及小分子染料［15］等.

圖1 光熱治療協(xié)同免疫治療的原則概述［11］Fig.1 Overview of the principles of photothermal therapy combined with immunotherapy［11］

佐劑的加入可以改善免疫細(xì)胞的功能［16］，因此PTT與免疫佐劑的聯(lián)合使用成了近年來(lái)治療遠(yuǎn)端腫瘤的研究熱點(diǎn).Guo 等［11］設(shè)計(jì)了基于殼聚糖包裹的可生物降解中空CuS納米顆粒包載免疫佐劑寡聚脫氧核苷酸（CpG），該納米粒子治療平臺(tái)結(jié)合了PTT和免疫治療，光熱消融誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞死亡抑制腫瘤的生長(zhǎng)，而免疫佐劑則增強(qiáng)宿主的抗腫瘤免疫.結(jié)果表明聯(lián)合光熱免疫治療比免疫治療或單獨(dú)光熱治療對(duì)初次治療和遠(yuǎn)端未治療的腫瘤更有效.

PAN 等［17］選用抗原卵清蛋白（OVA）包裹小分子染料吲哚菁綠（ICG）構(gòu)建OVA-ICG 納米疫苗并評(píng)價(jià)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中腫瘤光熱免疫治療效果［18］.結(jié)果顯示該納米疫苗具有抗原載藥率高（80.8%）、產(chǎn)率高（＞90%）、近紅外吸收和熒光強(qiáng)、重復(fù)性好、穩(wěn)定性好、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)；在標(biāo)記/跟蹤DC方面較靈敏，能夠協(xié)同光熱免疫治療腫瘤并有效地預(yù)防腫瘤.該策略為大規(guī)模、重復(fù)制備高抗原負(fù)載率的多功能納米疫苗用于腫瘤治療提供了一種較為簡(jiǎn)便可靠的方法.

除免疫佐劑外，針對(duì)免疫檢查點(diǎn)抑制劑如PD-L1和抗CTLA4 抗體也可以極大地增強(qiáng)PTT 介導(dǎo)免疫反應(yīng)［19-20］.原位自體癌癥疫苗（inCVAX）［21］由于抗原來(lái)自癌細(xì)胞本身，喪失了增值活性，保留了免疫原性，這使得其在聯(lián)合PTT 時(shí)對(duì)不同的癌癥均有療效［22］.將免疫佐劑和免疫檢查點(diǎn)抑制劑合用于PTT治療可綜合各自的優(yōu)勢(shì)而產(chǎn)生協(xié)同作用［18］.

1.2 光動(dòng)力療法協(xié)同免疫治療

光動(dòng)力治療（PDT）被認(rèn)為是癌癥的一種替代療法.光敏劑在光照條件下吸收光子變?yōu)榧ぐl(fā)電子態(tài)，能量發(fā)射為熒光、熱和/或其他形式的光物理能量，如產(chǎn)生自由基及其離子并將能量傳遞給腫瘤細(xì)胞部位的氧氣而產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的活性氧（ROS），特別是高活性的單線(xiàn)態(tài)氧（1O2）達(dá)到抗腫瘤目的［8］，這樣的特征使得其在癌癥的治療中發(fā)揮著重要的作用.在腫瘤部位PDT 介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞對(duì)免疫的響應(yīng)如圖2 所示［23］：首先在近紅外光的照射下產(chǎn)生大量的ROS 導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，而凋亡的腫瘤細(xì)胞會(huì)募集單核細(xì)胞等具有清除功能的細(xì)胞同時(shí)誘導(dǎo)部分細(xì)胞因子的釋放，將單核細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM），而TAM 對(duì)小分子藥物、尺寸較大的顆粒等有一定的吞噬作用，這使得光敏劑在TAM 中富集成為可能［24］，在PDT 作用下，光敏劑將腫瘤部位的氧氣轉(zhuǎn)化為可以殺滅癌細(xì)胞的單線(xiàn)態(tài)氧（1O2），死亡的癌細(xì)胞作為抗原刺激免疫細(xì)胞的活化激活免疫反應(yīng).

圖2 光動(dòng)力療法介導(dǎo)的免疫反應(yīng)［23］Fig.2 photodynamic therapy mediated immune response［23］

將疫苗［25］、免疫檢查點(diǎn)抑制劑［26］、IDO 酶抑制劑［27］、酸性神經(jīng)酰胺酶抑制劑［28］等用于抗腫瘤研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在PDT 作用下可以明顯激活免疫系統(tǒng)增強(qiáng)抗腫瘤活性.XU 等［29］設(shè)計(jì)一種基于上轉(zhuǎn)換納米顆粒（UCNPs）的多功能納米粒子UCNP-Ce6-R837，不僅可以用于近紅外誘導(dǎo)的PDT 直接殺傷腫瘤細(xì)胞，還可以通過(guò)觸發(fā)樹(shù)突狀細(xì)胞的成熟和細(xì)胞因子的分泌刺激免疫應(yīng)答.這種基于UCNP-Ce6-R837 的PDT 結(jié)合臨床批準(zhǔn)的CTLA4 免疫檢查點(diǎn)阻斷療法抑制調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（Treg）的活性，能夠有效地消除原發(fā)腫瘤，在免疫反應(yīng)的作用下有效抑制遠(yuǎn)端腫瘤；此外該光動(dòng)納米粒子能誘導(dǎo)記憶T 細(xì)胞的成熟產(chǎn)生長(zhǎng)期免疫記憶效應(yīng)進(jìn)而有效防止腫瘤的復(fù)發(fā).該研究證明了以UCNP 為基礎(chǔ)的PDT 與腫瘤免疫治療相結(jié)合在消除原發(fā)腫瘤、抑制遠(yuǎn)處腫瘤、防止腫瘤復(fù)發(fā)方面具有顯著的協(xié)同治療效果.

在臨床應(yīng)用方面，PDT 從1970 年開(kāi)始用于臨床治療，因其良好的重現(xiàn)性、選擇性、低毒性以及微創(chuàng)等特點(diǎn)而被FDA 批準(zhǔn)用于晚期的癌癥患者［30］，推薦用于不能手術(shù)的癌癥患者［31］.

1.3 光化學(xué)療法協(xié)同免疫治療

在低能量的近紅外光作用下硅酞菁衍生物IRDye700DX（IR700）發(fā)生光致反應(yīng)，能引起細(xì)胞膜的應(yīng)激反應(yīng)，使跨膜靶蛋白損傷而降低細(xì)胞膜的完整性導(dǎo)致細(xì)胞死亡［32］.NAGAYA 等［33］構(gòu)建基于近紅外光免疫治療（NIR-PIT）的復(fù)合體（APC）IR700，其在690 nm 近紅外光的激活下可增強(qiáng)抗腫瘤的治療.采用近紅外光直接照射腫瘤細(xì)胞使其膨脹致細(xì)胞膜破裂，觸發(fā)ICD 進(jìn)而激活熱休克蛋白70 和90（HSP70/90）等應(yīng)激物及死亡信號(hào)鈣網(wǎng)蛋白（CRT）、腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）和高遷移率族蛋白B1（HMGB1）［34］，這些物質(zhì)協(xié)同促進(jìn)DC 的成熟，隨后在DC 的提呈作用下激發(fā)免疫反應(yīng)［35］，誘導(dǎo)CD8+T細(xì)胞的增值殺死腫瘤細(xì)胞（圖3）.復(fù)合體中光活性的染料IR700 可與多種抗體結(jié)合，其本身無(wú)毒性且易通過(guò)尿液排出體外［34］.復(fù)合物中抗體的靶向性使得NIR-PIT 具有很強(qiáng)的選擇性，這也是該方法與傳統(tǒng)腫瘤治療方法的最大不同點(diǎn)，不會(huì)對(duì)正常的非靶向細(xì)胞造成明顯的副作用［36］.

圖3 NIR-PIT誘導(dǎo)的免疫原性細(xì)胞死亡激活免疫反應(yīng)［35］Fig.3 NIR-PIT induced immunogenic cell death activates the immune response［35］

近紅外光免疫治療已經(jīng)在靶向于EGFR、HER2、GPC3 等腫瘤治療方面成功應(yīng)用［33］.NAGAY 等［37］描述了NIR-PIT 的有效性，將靶向表達(dá)間皮素的A431/H9 細(xì)胞的人源化抗體（hYP218）偶聯(lián)到光吸收劑IR700上并與細(xì)胞共同孵育.體外實(shí)驗(yàn)表明hYP218-IR700 有細(xì)胞特異性殺傷作用.荷瘤小鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明hYP218-IR700 具有較高的腫瘤聚集率和較高的腫瘤背景比（TBR），近紅外光照射組的腫瘤生長(zhǎng)受到明顯的抑制.

1.4 近紅外熒光成像協(xié)同免疫治療

如1.2 所述，光敏物質(zhì)在近紅外光照條件下吸收光子變?yōu)榧ぐl(fā)電子態(tài)后能夠?qū)⒛芰堪l(fā)射為熒光或磷光，這使得近紅外成像可以和多種光譜、多種治療方法聯(lián)合使用對(duì)復(fù)雜的免疫系統(tǒng)成像［38］.與可見(jiàn)光相比，近紅外光特別是第二近紅外（NIR-II）具有更高的信號(hào)背景比（SBR）、更高的靈敏度以及成像的高分辨率等［39］，這些特性賦予近紅外光以?xún)?yōu)異的成像能力.因此采用合適的熒光團(tuán)標(biāo)記抗體［40］，疫苗［41］，免疫細(xì)胞（T細(xì)胞［42］，B細(xì)胞［43］，巨噬細(xì)胞［38］，DC 細(xì)胞［44］，NK 細(xì)胞［45］）制備成探針，再利用近紅外熒光成像可以實(shí)現(xiàn)免疫相關(guān)生物分子的實(shí)時(shí)監(jiān)控［46］，可以確定它們的生物分布及表達(dá)水平從而評(píng)估治療效果，為治療過(guò)程的安全性提供保障.

WAN 等［47］將熒光團(tuán)（IR-BGP6）通過(guò)共價(jià)結(jié)合的方式結(jié)合到程序性細(xì)胞死亡配體-1 單克隆抗體（PD-L1 mAb）上制備成探針（anti-PD-L1-BGP6），分析了不同細(xì)胞系內(nèi)PD-L1 的表達(dá)水平，實(shí)現(xiàn)了非侵入性的體內(nèi)分子成像.腫瘤與正常組織信號(hào)背景比高達(dá)≈9.5，與在組織內(nèi)非特異性蓄積的NIR-II 熒光團(tuán)相比，IR-BGP6 標(biāo)記的PD-L1 顯著提高分子成像性能，并且該熒光團(tuán)能夠在腎臟快速排泄（在注射后10 h 內(nèi)一般91%通過(guò)尿排出）不會(huì)引起蓄積毒性.

1.5 多種光療協(xié)同免疫的復(fù)合療法

多種光療協(xié)同免疫的復(fù)合療法是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，一方面是復(fù)合療法在發(fā)揮療效的同時(shí)也能大大降低對(duì)正常組織的傷害，另一方面得益于納米技術(shù)和材料科學(xué)的飛速發(fā)展，基于納米材料的光療可能達(dá)到最佳的治療效果.單一的光照治療方式可能無(wú)法完全殺死腫瘤細(xì)胞而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，多種光療協(xié)同作用下可以產(chǎn)生足夠的抗原物質(zhì)［48］，再輔以免疫治療可以進(jìn)一步增強(qiáng)抗腫瘤活性同時(shí)防止復(fù)發(fā).多種光療協(xié)同治療可以在完全消融癌細(xì)胞的前提下使PTT更溫和地升溫而避免對(duì)正常組織的損傷，降低PDT 光敏劑可能帶來(lái)的毒副作用，可視化治療過(guò)程控制治療效果及避免對(duì)正常細(xì)胞的損害.HAN 等［49］開(kāi)發(fā)了一種超低強(qiáng)度近紅外光同步激活的協(xié)同Chemo/PTT/PDT 納米平臺(tái)，該納米平臺(tái)由高發(fā)射上轉(zhuǎn)換（UC）核、二氫卟吩e6（Ce6）光敏劑和抗癌藥物鹽酸阿霉素（DOX）共負(fù)載于介孔二氧化硅（MS）殼中組成，聚乙二醇修飾的石墨烯（PGO）作為光熱試劑和智能開(kāi)關(guān)促進(jìn)藥物的釋放.低于皮膚最大允許照射功率（0.33 W/cm2）的808 nm 超低強(qiáng)度近紅外光照射（0.25 W/cm2）下的輕度高熱可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞不可逆性死亡，并最大量地促進(jìn)化療藥物的釋放；來(lái)自UC 的660 nm 光激活Ce6 產(chǎn)生PDT 的活性氧，540 nm 光可以用于可視化處理過(guò)程；動(dòng)物體內(nèi)外抗腫瘤實(shí)驗(yàn)表明，超低強(qiáng)度近紅外光同步激活的Chemo/PTT/PDT 納米平臺(tái)具有顯著的療效，并且光損傷最小.

2 近紅外光協(xié)同免疫療法在不同腫瘤中的應(yīng)用研究

近紅外光協(xié)同免疫療法是非常有前景的治療方法，近紅外光可以直接及間接激活免疫系統(tǒng)，可同時(shí)進(jìn)行成像監(jiān)測(cè)治療效果、評(píng)估在治療過(guò)程中產(chǎn)生的不良反應(yīng)，因此在腫瘤治療方面具有很大的臨床應(yīng)用潛力.近紅外光協(xié)同免疫治療的研究中幾乎都涉及納米材料，這些納米材料雖然表現(xiàn)出強(qiáng)大的功能和有效性，但其長(zhǎng)期毒性及體內(nèi)蓄積目前仍然不是很明確，因此在臨床轉(zhuǎn)化方面還有大量的工作需要做，值得鼓勵(lì)的是目前已有獲批臨床研究的項(xiàng)目.

采用FDA 批準(zhǔn)的Erbitux?（Cetuximab）抗體與光吸收劑IR700 的結(jié)合物（RM1929/ ASP1929）構(gòu)建NIR-PIT 治療平臺(tái)用于復(fù)發(fā)性頭頸癌患者的治療，目前已成功地通過(guò)了Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗(yàn)，為了克服近紅外光在組織中有限穿透深度，在腫瘤組織內(nèi)插入了圓柱形擴(kuò)散光纖，增強(qiáng)光線(xiàn)在整個(gè)腫瘤中的傳遞.選用RM1929最大可行劑量640 mg/m2，注射給藥24 h后用使用690 nm 近紅外光50 J/cm2照射表面病變或100 J/cm2照射間位病變.結(jié)果顯示：治療有較好的腫瘤抑制效果，盡管在治療部位周?chē)^察到出血和疼痛，但未觀察到劑量限制性毒性或光敏性，是一種安全的治療方法（NCT02422979）.

在肝癌、肺癌、乳腺癌等的臨床前研究中，光熱或光動(dòng)聯(lián)合免疫治療都表現(xiàn)出令人滿(mǎn)意的抗腫瘤效果.HANAOKA 等［50］用光敏劑IR700 偶聯(lián)抗GPC3人源性重鏈抗體（HN3）分別在體外和體內(nèi)對(duì)荷瘤小鼠進(jìn)行光免疫治療（PIT），結(jié)果表明IR700-HN3和IR700-YP7（免疫球蛋白）介導(dǎo)下的NIR-PIT 在體外和體內(nèi)均可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡，而IR700-HN3 表現(xiàn)更強(qiáng)抗腫瘤效果.LI 等［51］構(gòu)建具有熒光成像能力的近紅外/pH 雙響應(yīng)納米復(fù)合物CE7Q/CQ/SV（由兩種銫基納米材料CE7Q 和CQ 混合后負(fù)載SV），將分子靶向藥物厄洛替尼（Er）、生存素 shRNA 表達(dá)質(zhì)粒（SV）和光熱劑七甲基菁染料（Cy7）整合在一個(gè)平臺(tái)上，用于近紅外（NIR）熒光成像和對(duì)攜帶表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）突變的非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）的三聯(lián)治療.所得CE7Q/CQ/S 具有良好的光熱效應(yīng)、良好的DNA 結(jié)合能力和pH/NIR 雙響應(yīng)釋放行為，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生存素基因表達(dá)下調(diào)和光熱效應(yīng)可與Er協(xié)同作用，在Er敏感或Er耐藥的EGFR突變的非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）細(xì)胞中均有滿(mǎn)意的抗腫瘤效果，該復(fù)合治療納米平臺(tái)有望成為治療非小細(xì)胞肺癌的候選藥物.

肺轉(zhuǎn)移在腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)過(guò)程中是較為常見(jiàn)的現(xiàn)象，單一光療很難達(dá)到完全抑制的效果.LI等［52］構(gòu)建了一種由半導(dǎo)體聚合物納米顆粒（SPN）核心和由單線(xiàn)態(tài)氧（1O2）可切割連接物連接的免疫檢查點(diǎn)抑制劑（NLG919）組成的納米平臺(tái)（OSPs）用于乳腺癌的治療.OSPs在近紅外激光照射下能夠同時(shí)產(chǎn)生熱量和氧氣進(jìn)行聯(lián)合光療，在消融腫瘤的同時(shí)產(chǎn)生腫瘤相關(guān)抗原；近紅外照射可觸發(fā)1O2-可裂解接頭的裂解，觸發(fā)免疫刺激劑從OSPs遠(yuǎn)程釋放調(diào)節(jié)免疫抑制的腫瘤微環(huán)境，最終導(dǎo)致了小鼠異種移植瘤模型中原發(fā)/遠(yuǎn)處腫瘤的生長(zhǎng)和肺轉(zhuǎn)移的抑制.

3 總結(jié)與展望

近紅外光協(xié)同免疫療法可增強(qiáng)抗腫瘤效果、降低各自單獨(dú)使用時(shí)所引起的不良反應(yīng)，具有很大的臨床應(yīng)用潛能，但發(fā)展過(guò)程中還有一些瓶頸問(wèn)題需要解決.首先，在利用近紅外光協(xié)同免疫治療的過(guò)程中會(huì)構(gòu)建或使用一些具有高光活性、靶向性、可生物降解等優(yōu)勢(shì)的納米載體，雖被證實(shí)有效但多限于體外實(shí)驗(yàn)或動(dòng)物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，況且由于個(gè)體差異及體內(nèi)復(fù)雜多變的生物環(huán)境使得納米材料在人體內(nèi)的作用難以預(yù)測(cè)，臨床轉(zhuǎn)化方面還有大量的工作要做；其次，對(duì)于在使用PTT治療腫瘤時(shí)所產(chǎn)生的溫度以多少較為合適目前尚沒(méi)有明確的定論，過(guò)低可能無(wú)法有效消融腫瘤細(xì)胞，過(guò)高又可能對(duì)正常組織造成傷害，還需要大量的研究去探索適宜的溫度范圍；再者，與可見(jiàn)光相比近紅外光尤其是NIR-II在組織穿透方面有了極大的提高，在淺表層的腫瘤細(xì)胞殺傷方面有一定的療效，但是在深層腫瘤細(xì)胞的損害方面依然達(dá)不到理想結(jié)果，因此近紅外光的作用下協(xié)同免疫療法用于臨床仍然有很長(zhǎng)的路要走.若能將一些先進(jìn)的技術(shù)如抗干擾能力強(qiáng)傳輸路徑遠(yuǎn)的光纖技術(shù)用于增強(qiáng)近紅外光的穿透深度，將可能對(duì)深層腫瘤達(dá)到治愈的效果.