综述：超声响应纳米颗粒：通过调节肿瘤微环境来推进癌症免疫疗法

《Cell Biomaterials》：Ultrasound-responsive nanoparticles: Modulating the tumor microenvironment to advance cancer immunotherapy

超声响应纳米颗粒（URNs）通过超声激活的多重机制（如靶向药物释放、免疫原性细胞死亡诱导、血管渗透性增强、细胞外基质破坏等）有效调节肿瘤微环境（TME），显著提升免疫检查点阻断、疫苗治疗、T细胞疗法等癌症免疫疗法的精准性和疗效，同时减少全身毒性。

　　### 概述

癌症免疫治疗是一种通过激活免疫系统来识别和清除癌细胞的策略，近年来在治疗多种癌症方面取得了显著进展。然而，这一疗法在实际应用中仍面临诸多挑战，如肿瘤免疫微环境（TME）的免疫抑制特性、免疫相关副作用以及治疗的靶向性和有效性不足等问题。传统的免疫治疗手段，如免疫检查点阻断（ICB）和CAR T细胞疗法，尽管在临床试验中展现出良好的效果，但在治疗实体瘤时仍存在局限性。为此，科学家们探索了多种创新策略，其中，超声波响应型纳米颗粒（URNs）因其独特的特性，成为解决这些问题的有力工具。

URNs通过超声波刺激实现对药物、基因或免疫调节剂的精准释放，从而增强治疗效果并减少系统性毒性。在超声波的作用下，这些纳米颗粒可以调节TME，包括促进药物释放、诱导免疫原性细胞死亡（ICD）、通过声空化效应增强细胞膜渗透性、改善血管通透性、破坏细胞外基质（ECM）以及克服细胞内屏障。这些机制共同作用，强化了先天免疫和适应性免疫之间的相互作用，从而显著提升癌症免疫循环的效率。此外，URNs在改善免疫检查点阻断、癌症疫苗、T细胞疗法、细胞因子递送和先天免疫激活等方面展现出巨大潜力。通过与其他互补策略（如氧气供应、代谢重编程、ECM降解、替代性细胞死亡途径和光疗）的结合，URNs为癌症免疫治疗提供了更全面的解决方案。本综述旨在全面介绍URNs在癌症免疫治疗中的最新进展，强调其在调节TME中的独特优势，同时总结其与其他治疗手段的协同作用，并提出促进URNs临床转化的策略。

### 超声波与癌症免疫治疗的结合

超声波作为一种物理刺激手段，相较于其他如光、磁、电等刺激方式，具有非侵入性、穿透性强以及精确的时空控制等优势。超声波与纳米颗粒的结合，为癌症免疫治疗带来了新的可能性。在这一领域，研究者们已经开发出多种类型的URNs，包括纳米声敏剂（NSSs）、超声波响应型气泡载体（如微气泡、纳米气泡和纳米液滴）、热敏性载体、ROS响应性载体以及其他先进的纳米材料。这些平台通过不同的机制，如气泡破裂、热效应、机械化学相互作用和声化学反应，实现对药物、基因或免疫调节剂的可控释放。

超声波可以增强免疫细胞对肿瘤的识别和攻击能力，同时通过调节TME来改善免疫治疗效果。例如，通过超声波诱导的ROS生成，可以触发免疫原性细胞死亡，从而激活T细胞中心的适应性免疫反应。此外，超声波还能促进血管通透性，使纳米颗粒更容易渗透到肿瘤组织中，并提高免疫细胞的浸润和活性。在某些研究中，超声波被用于增强细胞膜的渗透性，使纳米颗粒能够更有效地进入细胞内部，从而提升其治疗效果。

### 促进免疫检查点阻断（ICB）的URNs

免疫检查点阻断是当前癌症免疫治疗的重要手段之一，尤其在治疗免疫反应较低的“冷肿瘤”方面表现出显著优势。然而，冷肿瘤的免疫抑制特性使得ICB的疗效受限。URNs通过多种方式增强ICB的疗效，包括诱导肿瘤抗原的释放、改变TME以促进免疫反应，以及通过超声波触发的ROS生成来激活免疫原性细胞死亡。

例如，Yue等人开发了一种结合SSs（如HMME）和免疫佐剂（如R837）的脂质纳米颗粒（HMME/R837@Lip），通过超声波激活SDT（声动力疗法）产生ROS，从而增强肿瘤抗原的释放，提高ICB的效果。这种纳米平台不仅诱导了强烈的抗肿瘤免疫反应，还显著提高了CD8+和CD4+ T细胞的浸润，同时减少了调节性T细胞（Tregs）的数量，从而显著抑制了肿瘤生长。

此外，针对某些难以治疗的肿瘤类型，如胶质母细胞瘤（GBM），超声波还可以用于打开血脑屏障（BBB），从而提高免疫治疗药物的递送效率。Meng等人设计了一种基于纳米气泡的策略，通过超声波作用使纳米气泡破裂，释放载有的腺苷A2A受体（A2AR）激动剂，从而暂时性打开BBB。这种策略不仅提高了后续注射药物的渗透性，还通过改善TME增强了抗肿瘤免疫反应。

### 增强癌症疫苗的URNs

癌症疫苗通过引入肿瘤抗原，激发免疫系统对癌细胞的识别和攻击。然而，传统癌症疫苗在递送抗原至抗原呈递细胞（如树突状细胞）以及激活T细胞方面存在局限。URNs通过超声波触发的机制，如促进细胞膜渗透、增强抗原呈递以及改善抗原的内吞作用，显著提高了癌症疫苗的效果。

Sun等人开发了一种基于PLGA的纳米疫苗，其中包含来自工程化肿瘤细胞的膜蛋白、mRNA和SSs（如Ce6）。通过超声波刺激，这些纳米颗粒可以诱导内吞作用，从而促进抗原的呈递。在多次接种后，这种纳米疫苗显著提高了抗肿瘤免疫反应，包括增强CD8+ T细胞（CD3+CD8+）的活性，并减少了CD4+ Tregs的数量，从而显著抑制了肿瘤生长。

此外，一些研究还探索了基于水凝胶的URNs，这些平台可以实现超声波控制下的多次抗原释放，从而延长抗肿瘤免疫反应的持续时间。Meng等人开发了一种纳米疫苗载荷水凝胶，其在超声波作用下可转化为溶胶状态，释放纳米疫苗，再恢复为凝胶状态。这种设计使得单次皮下注射后，通过多次超声波照射实现持续的抗肿瘤免疫反应，从而显著提高了治疗效果。

### 增强T细胞疗法的URNs

T细胞疗法，如CAR T细胞治疗，已被证明在血液恶性肿瘤的治疗中具有显著效果。然而，对于实体瘤，由于T细胞难以浸润肿瘤组织，这种疗法的疗效受到限制。URNs通过多种方式改善这一问题，包括通过超声波调节TME，增强T细胞的浸润和活性，以及通过超声波触发的基因编辑增强T细胞的功能。

Chen等人开发了一种热敏性基因编辑纳米颗粒，其通过超声波诱导的热效应激活基因编辑功能，从而增强T细胞浸润并减少TME的免疫抑制作用。这种纳米颗粒能够破坏肿瘤细胞的凋亡抵抗，同时逆转TME的免疫抑制状态，从而显著提高了T细胞浸润和抗肿瘤免疫反应的效果。

此外，一些研究还探索了通过超声波控制T细胞的表达。例如，Pan等人设计了一种模块化系统，通过超声波刺激激活CAR T细胞的基因表达。该系统通过将超声波敏感的遗传物质与CAR蛋白结合，并利用微气泡和超声波共同作用，实现T细胞的精准激活。这种策略不仅提高了CAR T细胞的治疗效果，还显著减少了系统性毒性。

### 增强细胞因子治疗的URNs

细胞因子治疗通过调控免疫反应，提升免疫系统对癌细胞的攻击能力。然而，传统细胞因子治疗存在系统性毒性的问题，这限制了其临床应用。URNs通过实现细胞因子的精准释放，从而减少系统性副作用并增强局部免疫反应。

Xu等人开发了一种声动力细胞因子纳米免疫复合物（SPNAI），其通过将半导体聚合物纳米颗粒（SPNs）与抗IL-2抗体结合，从而实现对IL-2的精准释放。在超声波刺激下，SPNs产生ROS，诱导ICD并释放肿瘤抗原，从而增强肿瘤的免疫原性。同时，抗IL-2抗体能够选择性地结合到CD8+ T细胞上，而不会影响Tregs，从而提高CD8+ T细胞的活性。

此外，一些研究还探索了基于基因治疗的细胞因子递送系统。例如，Wang等人开发了一种结合PFH和IL-15 mRNA的PLGA纳米颗粒，并在表面包被抗PD-L1肽（DPPA）。在超声波作用下，PFH核心破裂，释放IL-15 mRNA，促进T细胞的增殖和活化。同时，DPPA能够阻断PD-1/PD-L1通路，从而恢复T细胞的活性。这种策略显著提高了抗肿瘤免疫反应，并减少了TME中的免疫抑制因素。

### 增强先天免疫调节的URNs

虽然许多免疫疗法主要针对适应性免疫系统，但适应性免疫反应的启动和维持依赖于先天免疫系统的激活。因此，近年来研究者们开始关注如何通过激活先天免疫途径来增强抗肿瘤免疫反应。URNs在这一领域展现出显著优势，能够通过精准递送免疫调节因子（如TLR激动剂和STING通路激活剂）来激活先天免疫系统。

Li等人开发了一种基于微气泡的超声波触发系统，用于递送STING激动剂（如cGAMP）。通过超声波诱导的声空化效应，微气泡可以促进cGAMP进入APC（如树突状细胞），从而激活STING通路，增强抗肿瘤免疫反应。这种策略不仅提高了T细胞的浸润，还显著增强了IFN-γ的分泌，从而抑制了肿瘤的生长。

此外，一些研究还探索了通过超声波激活STING通路的其他策略。例如，Tian等人开发了一种结合Mn2+、SSs（如IR780）和GSH抑制剂（如sabutoclax）的锰-酚纳米颗粒。在超声波作用下，这些纳米颗粒释放Mn2+和sabutoclax，分别激活STING通路和诱导ICD，从而显著增强了抗肿瘤免疫反应。这种策略在多种肿瘤模型中表现出良好的效果，包括抑制肿瘤生长和肺转移。

### 与其它TME调节策略的协同应用

URNs不仅可以单独用于癌症免疫治疗，还可以与其他TME调节策略结合，以进一步提高治疗效果。例如，肿瘤氧合、ECM降解、免疫抑制因子的调节、代谢重编程以及光疗等策略都可以与URNs协同作用，共同改善TME并增强免疫反应。

在肿瘤氧合方面，一些研究通过递送氧气来改善肿瘤的低氧状态，从而提高声动力治疗（SDT）的效果。Tang等人开发了一种基于氟碳纳米颗粒的策略，其能够递送氧气并改善TME，从而显著提高了HIFU（高强度聚焦超声）诱导的ICD效果。这种策略在多个肿瘤模型中表现出良好的抗肿瘤活性，并显著延长了生存期。

在ECM降解方面，一些研究通过使用酶（如胶原酶和透明质酸酶）或物理手段（如光热效应）来破坏ECM，从而提高纳米颗粒和免疫细胞的渗透能力。例如，Yin等人开发了一种结合胶原酶和氧气的纳米颗粒，其通过超声波触发的释放机制，显著改善了SDT的效果，并提高了抗肿瘤免疫反应。

在免疫抑制因子的调节方面，一些研究通过超声波触发的释放机制，精准地减少TME中的免疫抑制因子（如TGF-β和IDO）。例如，Huang等人开发了一种结合TGF-β抑制剂（如galunisertib）和SSs（如Ce6）的纳米颗粒，其通过超声波诱导的ROS生成，不仅增强了ICD，还抑制了TGF-β的活性，从而显著改善了免疫反应。

在代谢重编程方面，一些研究通过调控肿瘤细胞的代谢途径，如抑制糖酵解，从而改善TME并增强免疫治疗效果。例如，Chen等人开发了一种结合R7肽和SSs的纳米颗粒，其通过抑制糖酵解，减少了免疫抑制性代谢产物（如乳酸），从而提高了T细胞的活性。

在光疗方面，一些研究通过结合SDT和光动力治疗（PDT），提高了ROS的生成效率，从而增强了抗肿瘤免疫反应。例如，Zhang等人开发了一种结合YB1细菌和HA-Ce6纳米颗粒的生物杂交系统，其通过超声波诱导的ROS生成，显著提高了PDT的效果，并促进了免疫细胞的浸润。

### 挑战与未来展望

尽管URNs在癌症免疫治疗中展现出巨大的潜力，但其临床转化仍面临诸多挑战。首先，安全问题是首要关注点，一些有机SSs可能在超声波照射下产生有毒副产物，如氰化氢。此外，金属基纳米材料可能释放离子，干扰氧化还原平衡。因此，评估URNs的系统性、生理性和长期暴露效应至关重要。

其次，纳米平台的合成和生产过程中，需确保其可重复性和质量控制，特别是在大规模生产时。第三，超声波设备和参数的多样性，使得不同研究之间的结果难以直接比较。因此，建立标准化的超声波参数是提升研究质量和推动临床转化的关键。

第四，当前的癌症纳米药物在临床试验中的成功率较低，这表明现有的预临床模型未能准确预测其在人体中的表现。因此，使用更接近人体的模型，如患者来源的异种移植瘤（PDX）和基因工程小鼠模型，对于验证URNs的治疗效果至关重要。

最后，与监管机构的早期沟通对于确保URNs的临床转化同样重要。由于纳米药物的配方复杂，其可能需要不同的审批路径，如提交IND或BLA。因此，制定全面的表征和预临床安全性和有效性数据是推动临床转化的必要步骤。

综上所述，URNs作为一种创新的癌症免疫治疗策略，具有精准递送、调节TME、增强免疫反应等多重优势。通过与多种TME调节策略的结合，URNs有望进一步提升癌症免疫治疗的效果，并推动其向临床应用的转化。然而，为实现这一目标，仍需克服安全性、可重复性、标准化和监管等方面的挑战。