脂質納米顆粒在腫瘤免疫治療中的應用

前言

在過去的十年中，腫瘤免疫療法得到蓬勃發展，包括免疫刺激小分子、靶向免疫細胞的免疫檢查點抑制劑（ICI）、表達嵌合抗原受體（CARs）的自體T細胞或自然殺傷（NK）細胞以及表達腫瘤抗原或CARs的mRNA用于癌癥免疫治療。其中，小分子、ICIs和mRNA療法被用作許多實體瘤的獨立治療，如黑色素瘤、非小細胞肺癌（NSCLC）和尿路上皮癌。

然而，盡管癌癥免疫療法前景廣闊，但這些免疫療法也存在明顯的局限性：水溶性差、免疫介導的不良事件（IRAE）以及長期給藥后生物活性的喪失限制了小分子療法的免疫刺激功效。因此，癌癥免疫治療面臨的主要挑戰可歸因于缺乏能夠使治療藥物接近其目標的遞送系統。基于脂質的納米顆粒（NPs），包括脂質體、脂質納米顆粒（LNP）和納米乳液（NEs），已被開發為遞送多種治療劑的平臺。與其他納米級遞送系統相比，脂質NP在最大限度地減少系統毒性的同時保持了在水相中的高溶解度，這是聚合物NP和無機NP在臨床應用中都無法克服的，這些優勢使脂質NPs成為FDA批準的最常見的納米藥物類型。

脂質NP開發的最新進展使其不僅可以遞送小分子，還可以遞送mRNA，通過細胞毒性免疫細胞激活、檢查點阻斷和CAR-T細胞治療等實現有效的抗癌免疫治療。

脂質NP的成分

基于脂質的NP表現出各種類型的結構。大多數脂質NP呈近球形，具有一個或多個脂質外層。

盡管脂質體、LNP和NE可能表現出不同的內部結構，但典型的基于脂質的NP由陽離子脂質或具有叔胺或季胺的可電離脂質組成，以封裝陰離子有效載荷；輔助脂質也用于穩定脂質層和促進膜融合；加入聚乙二醇（PEG）脂質或表面活性劑，以提高長期儲存的膠體穩定性，并防止有效載荷在進入到全身血液中時快速降解。此外，NEs還包括油相，油相可以是三酰基甘油、二酰基甘油或單酰基甘油、植物油、礦物油、游離脂肪酸等。

NP用于小分子的免疫激活

化療

越來越多的證據表明，宿主免疫系統在化療的過程中也起著重要作用，最終導致抗腫瘤反應。脂質NP首次被用于封裝化療藥物作為抗癌藥物。化療藥物奧沙利鉑在小鼠結直腸癌模型中會導致腫瘤MHCI上調，免疫抑制細胞（Treg、MDSC和TAM）減少。有趣的是，與游離奧沙利鉑相比，奧沙利鉑的脂質體制劑表現出更好的抗腫瘤免疫性，這表明向TME精準遞送化療藥物將觸發更好的抗瘤免疫性。

免疫系統激動劑（小分子、核酸或肽）

抗原呈遞細胞（APC）通過模式識別受體（PRR）感測腫瘤相關抗原或病原體/損傷相關分子模式（PAMPs/DAMPs），活化的APC將觸發促炎細胞因子和趨化因子，以激活適應性免疫系統殺死腫瘤細胞。

TLR、NOD樣受體（NLR）和RIG-I樣受體（RLR）的激動劑被開發用于誘導有利于抗腫瘤活性的促炎性免疫反應。Pam3Csk4是一種TLR1/2激動劑，使用了具有OVA mRNA的LNP。TLR7/8/9激動劑也被廣泛研究，將咪唑喹啉類TLR 7/8激動劑，如imiquimod和resiquimod，裝入脂質體制劑中，可以延長其在血液循環中的保留時間。干擾素基因刺激因子（STING）是位于內質網的另一種PRR，激活的STING將增強I型干擾素與其他促炎細胞因子的協同作用，從而增強抗腫瘤免疫。環二核苷酸（CDN）是一種有效的STING受體激動劑，可封裝到脂質NP中，以增強全身抗腫瘤免疫。

RNA干擾（RNAi）技術

RNAi技術（siRNA、shRNA、miRNA、ASO等）可以誘導特異性基因調控，成為傳染病、神經退行性疾病、癌癥和其他罕見疾病的新治療領域。除了直接靶向特定癌基因外，RNAi還可以通過下調免疫抑制蛋白來增強抗腫瘤免疫應答。

從腫瘤抗原到基于mRNA的治療

腫瘤的腫瘤抗原主要依賴于腫瘤抗原肽或編碼mRNA的遞送。使用脂質體遞送TAAs/TSA長合成肽可以極大地保護使其不受降解，同時更容易接近APC。

使用脂質NP的第一種個性化IVAC突變體組是一種編碼多重新表位的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期臨床試驗（NCT02035956）中進行了評估。觀察到針對疫苗抗原的強烈免疫應答，無不良藥物反應，耐受性良好。此外，許多其他編碼不同抗原的個性化mRNA癌癥疫苗都使用脂質納米系統，并已進入臨床階段（NCT03897881、NCT02316457、NCT03313778、NCT03480152、NCT03303398）。

NP用于細胞治療

最近，個性化過繼細胞治療在血液腫瘤臨床試驗中顯示出大前景。過繼細胞療法包括TIL療法、工程化T細胞受體療法（TCR-T）、CAR-T細胞療法和NK細胞療法。盡管過繼細胞療法具有巨大的潛力，但由于使用病毒載體進行體外細胞工程化，也引起了對免疫副作用和插入突變的擔心。此外，復雜的制造和高成本也會阻礙CAR-T在更廣泛的患者群體中的應用。因此，需要新的體外轉染技術來實現更安全、更經濟的過繼細胞治療。

在臨床前研究中，含有編碼DNA或mRNA的脂質NP在瞬時轉染中顯示出優異的效果。可以通過簡單的快速混合來配制基于脂質NP的包封mRNA，因此，選擇用于細胞工程化的脂質NP主要關注其有效載荷的轉染效率。此外，脂質NP通常被認為具有低細胞毒性，因此，基因轉染和T/NK細胞激活的過程可以同時進行。

有研究報告了用于體外T細胞工程化的可電離LNP包封CAR的開發，首次證明LNP的體外工程化CAR-T與慢病毒工程化CAR-T具有相似的腫瘤殺傷活性。脂質NPs/mRNA轉染策略也用于NK細胞工程。Chandrasekaran等人首次報道了含有TRAIL的脂質體工程化的超級NK細胞的開發。TRAIL工程化的NK細胞通過誘導體內腫瘤引流淋巴結中的細胞凋亡顯示出較強的腫瘤殺傷活性。

小結

基于脂質的NP代表了小分子和核酸的最先進和最廣泛應用的遞送載體。在癌癥免疫治療中，基于脂質的NP不僅可以在體內遞送小分子和mRNA，以實現巨大的抗腫瘤活性，而且能夠以與其他非病毒或病毒載體相當的效率進行體外工程化細胞治療。相信隨著更多的免疫治療方法、人工免疫細胞和新納米材料的出現，它們的組合將深刻影響腫瘤免疫治療領域。

參考文獻：

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