综述：靶向免疫检查点治疗：锰在肿瘤免疫治疗中的作用

《Cancer Pathogenesis and Therapy》：Targeting Immune Checkpoint Therapy: The Role of Manganese in Tumor Immunotherapy

本综述系统阐述了锰（Mn）通过调控cGAS-STING通路和诱导免疫原性细胞死亡（ICD）增强免疫检查点疗法（ICT）抗肿瘤效应的最新进展。作者重点探讨了Mn2?提升cGAS对dsDNA敏感性、增强STING活化、促进CD8? T细胞和NK细胞功能的分子机制，并总结了锰基纳米材料作为免疫佐剂在临床联合治疗中的应用潜力与安全性考量，为优化肿瘤免疫治疗策略提供了新视角。

　　

引言

免疫检查点疗法的出现深刻改变了传统癌症治疗格局。尽管放疗和化疗仍是临床肿瘤治疗的主要手段，但免疫检查点疗法在实体瘤治疗中显示出显著疗效。该疗法通过解除T细胞的"刹车"机制，恢复其免疫功能并激活抗肿瘤反应。自2011年美国FDA批准首个靶向细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4的免疫检查点抑制剂（ICI）以来，ICI治疗领域迅速发展。后续临床进展主要聚焦于靶向T细胞共抑制程序性死亡蛋白1（PD-1）及其配体PD-L1信号通路。临床数据表明ICI具有高治疗效力，已成为肿瘤免疫治疗研究的核心。然而，仅有少数患者对单药治疗产生持久反应，这种有限反应可能与肿瘤微环境（TME）中T细胞活化不足有关。

锰的生物学活性

锰作为必需微量元素，参与发育、繁殖、免疫反应、代谢和抗氧化防御等关键功能。它与精氨酸酶、谷氨酰胺合成酶、磷酸烯醇式丙酮酸脱羧酶、丙酮酸羧化酶和锰超氧化物歧化酶等多种酶形成复合物，体现其多样生物学功能。维持充足的膳食锰摄入至关重要，豆类、大米、坚果和全谷物等食物是良好来源。美国国家研究委员会建议成人每日摄入量为2-5毫克。

锰毒性（锰中毒）主要与职业和环境暴露相关，常见于矿工、焊工等经常接触高浓度锰的人群。锰可穿过血脑屏障（BBB），其具体机制尚不明确，可能涉及血浆铁转运蛋白和转铁蛋白。锰中毒是一种神经系统疾病，表现为类似帕金森病的认知、运动和情感障碍。肝功能衰竭或铁缺乏人群对锰毒性尤为易感，因为锰通过胆汁排泄并与铁竞争相似转运机制，可能导致毒性水平累积。

基于锰的肿瘤免疫治疗

锰通过cGAS-STING通路参与抗肿瘤免疫

cGAS-STING通路是先天免疫反应的重要组成部分，能检测并响应外源性（来自病原体）或内源性（来自细胞损伤）的双链DNA（dsDNA）。cGAS与dsDNA结合后发生构象变化，激活其催化功能，产生第二信使cGAMP。cGAMP结合并激活STING，后者从内质网转运至高尔基体。STING发生寡聚化和棕榈酰化，招募TANK结合激酶1（TBK1），进而激活干扰素调节因子3（IRF3）。激活的IRF3进入细胞核，诱导干扰素刺激基因（ISGs）和I型干扰素（IFNs）表达。

在肿瘤免疫治疗中，cGAS-STING通路通过阻碍肿瘤发展发挥关键作用。癌细胞通常具有基因组不稳定性、氧化应激和代谢改变特征，易发生DNA损伤从而触发该通路。该通路不仅能激活免疫反应，还可导致细胞衰老，其特征是衰老相关分泌表型，涉及炎症介质、蛋白酶和生长因子的释放，阻止异常细胞增殖。此外，cGAS-STING通路还能通过调节促凋亡和抗凋亡蛋白表达诱导肿瘤细胞凋亡。

锰参与调节cGAS-STING通路为增强抗肿瘤免疫提供了新见解。研究表明Mn2?（体外和体内MnCl?处理）增强抗病毒反应，细胞内锰水平升高促进对DNA病毒的细胞因子产生。相反，与STING缺失小鼠类似，锰缺乏小鼠细胞因子产生受损，对病毒DNA感染更易感。重要的是，在锰缺乏细胞中补充Mn2?可恢复其对DNA病毒的应答能力。

在癌症治疗中，Mn2?（静脉注射给荷瘤小鼠，5 mg/kg体重）通过提高cGAS对dsDNA的敏感性、增强其酶活性并促进更强STING激活来增强cGAS-STING通路。在锰缺乏小鼠中，肿瘤生长和转移显著加速，伴随肿瘤浸润CD8? T细胞明显减少、抗原呈递下降和树突状细胞（DC）成熟受损。Mn2?补充可恢复CD8? T细胞活化并增强NK细胞活性。值得注意的是，Mn2?依赖性cGAS-STING通路促进DC和巨噬细胞成熟，进而加强CD8? T细胞和NK细胞活化，导致抗肿瘤免疫反应增强。

临床前研究表明，Mn2?通过增强免疫调节抑制小鼠肝细胞癌进展。Mn2?处理显著减少肝肿瘤结节数量和重量，增加I型IFN刺激基因表达，且不直接影响T细胞细胞因子产生。更重要的是，Mn2?通过其他免疫机制增强CD8? T细胞活性，表明其抗肿瘤效应是通过激活I型IFNs和CD8? T细胞介导的。

锰调节免疫原性细胞死亡的机制

免疫原性细胞死亡（ICD）是一种特殊形式的调节性细胞死亡，在激活免疫系统特别是癌症免疫中起关键作用。虽然免疫系统能有效区分"自我"与"非我"，但某些疾病模型可能无意中导致宿主自身组织损伤。垂死细胞或免疫细胞释放的分子可作为佐剂或危险信号，统称为损伤相关分子模式（DAMPs）。在肿瘤微环境中，垂死肿瘤细胞释放的DAMPs被先天模式识别受体（PRRs）包括Toll样受体（TLRs）检测，触发肿瘤特异性免疫反应，常最终形成免疫记忆。

近年来，各种纳米颗粒因其影响ICD的能力日益受到认可，这可能归因于纳米载体系统的靶向能力及其额外的内在优势。纳米材料研究表明，这些材料不仅能靶向肿瘤细胞，还能调节肿瘤微环境，克服免疫抑制，从而增强抗肿瘤免疫。例如，基于Fe₃O₄和MnO₂的纳米颗粒可重编程肿瘤相关巨噬细胞（TAMs），从免疫抑制M2表型转变为抗肿瘤M1表型。此外，这些纳米颗粒可与ICI疗法联合提高免疫治疗效果。

锰在肿瘤免疫治疗中的临床应用

锰基纳米材料的临床毒性

使用锰增强MRI（MEMRI）技术，乳腺癌临床试验中超氧化物歧化酶2（SOD2）基因多态性研究和非小细胞肺癌患者锰超氧化物歧化酶（MnSOD）质粒脂质体的I期研究探讨了锰的生物医学应用和潜在毒性。基于MEMRI的研究显示，生理和病理条件下的锰信号可反映神经活动和兴奋毒性事件，为其在神经影像学应用奠定基础。

一项研究表明SOD2基因多态性与乳腺癌治疗相关毒性和无病生存期相关，其中与较高抗氧化活性相关的C等位基因可能降低治疗诱导毒性并缩短无病生存期。I期临床试验显示口服MnSOD质粒脂质体可行且安全，30 mg剂量未报告剂量限制性毒性。为优化锰的临床应用，未来研究应聚焦于完善给药方案，包括途径和频率调整，以最小化其对正常组织的影响。

锰作为免疫佐剂

疫苗接种仍是应对公共卫生危机的最有效策略之一。疫苗佐剂通过加速和放大免疫反应在提高疫苗效力方面起关键作用。佐剂通常分为两类：增强免疫反应的免疫增强剂和促进抗原递送的递送系统。

1920年代，Glenny等人首次发现铝盐（Alum）的免疫增强特性。此后，含铝佐剂广泛用于疫苗，主要引发Th2反应，但在刺激Th1或细胞毒性T淋巴细胞（CTL）反应方面效果有限。自铝基佐剂引入以来，其他金属盐的免疫调节作用也被探索。其中，Mn2?通过激活cGAS-STING和NLRP3-ASC通路促进抗原摄取、抗原呈递和生发中心形成，从而增强免疫反应。

该领域的显著进展是开发了胶体锰盐MnJ，显示出广谱佐剂活性。MnJ诱导体液和细胞免疫反应，主要通过增强CTL活化。此外，鼻内给药时，MnJ作为黏膜佐剂刺激高水平分泌型免疫球蛋白A产生。该佐剂对多种抗原包括T细胞非依赖性抗原具有强效作用，使其成为未来疫苗制剂的有希望候选者。

锰作为纳米材料在肿瘤免疫治疗中的作用

传统癌症疗法特别是化疗常伴随显著毒性和有限靶向性。尽管化疗药物可诱导ICD，但其临床应用常因耐受性差和ICD诱导不理想而受阻。这促使了有效ICD诱导剂的开发。

先前强调的ZMS纳米材料是新兴候选者。此外，氧化锰（MnOx）纳米尖端作为靶向TME的纳米佐剂和ICD诱导剂显示出前景。这些纳米尖端已用于磁共振和光声影像引导的癌症纳米疫苗免疫治疗。MnOx纳米尖端的细胞毒性效应主要归因于Mn2?介导的化学动力学治疗（CDT）和耗竭谷胱甘肽（GSH）的铁死亡的双重作用。CDT和铁死亡都通过触发垂死肿瘤细胞释放DAMPs促进ICD。

讨论

传统癌症疗法如放疗和化疗常面临靶向性差、毒性高和耐药性等重大挑战。相比之下，金属离子疗法能有效杀死肿瘤细胞，同时最小化不良反应并降低耐药性。近期研究强调了铁疗法在调节TME方面的潜力。组织驻留巨噬细胞受细胞内铁代谢影响，导致对不同微环境刺激的巨噬细胞极化改变。铁负载TAMs的浸润与非小细胞肺癌患者肿瘤消退相关，表明靶向铁递送至TAMs可作为增强抗肿瘤免疫反应的辅助治疗策略。

作为已知的肿瘤免疫佐剂，锰与其他金属形成复合材料以增强肿瘤免疫治疗效果的能力正在研究中。通过液相剥离和原位电置换制备锰原电池调节肿瘤代谢，从而增强cGAS-STING激活以实现双向协同氢免疫治疗。

几种锰基纳米递送系统已被研究用于癌症免疫治疗。Mn2?锚定的甘露糖修饰牛血清白蛋白（BSA）和β-拉帕醌负载铁蛋白交联促进生物响应性蛋白纳米组装体，在酸性血管周TME中解离成单分散蛋白单元，从而实现增强肿瘤穿透和时空控制Mn2?和β-拉帕醌分别递送至DC和肿瘤细胞。

然而，在锰的临床应用中必须考虑一个重要问题：锰对肿瘤的双重效应。过量使用锰可能导致患者神经毒性，因此需要安全使用锰以防止患者神经毒性。同时，有许多关于如何缓解过量引起神经毒性的研究。当锰作为免疫刺激剂增强宿主免疫系统和提高抗肿瘤能力时，也可能导致炎症产生和增强。这种炎症反应可能导致肿瘤发生，如结肠炎相关结肠癌。因此，这些问题必须研究。

锰在肿瘤免疫治疗中的潜在应用为研究开辟了新途径。此外，未来研究应探索铁和锌等金属对免疫细胞的调节作用，以及锰对癌症免疫治疗中其他细胞信号通路的影响。还需要研究锰在TME中的作用（特别是其逆转肿瘤免疫抑制的能力）并深入探讨其潜在机制。