综述：利用冷大气等离子体调节肿瘤微环境以辅助癌症治疗

冷大气等离子体（CAP）通过调控肿瘤微环境（TME），增强抗肿瘤免疫反应，并诱导多种细胞死亡机制，成为癌症治疗的新策略。CAP通过生成活性氧物种（RONS）改善TME，促进CD8+ T细胞浸润和抗原呈递，抑制M2型巨噬细胞、CAFs及CSCs，逆转免疫抑制、缺氧、酸中毒和血管生成等恶性特征。研究证实CAP在实体瘤和血液肿瘤中具有显著疗效，且与化疗、放疗联用可增强治疗效果。未来需优化临床 protocols 并验证长期安全性。

　　
本文系统探讨了冷大气等离子体（CAP）在肿瘤微环境（TME）调控及癌症治疗中的应用潜力。研究指出，CAP通过产生活性氧/氮物种（RONS）和非热物理效应，能够选择性诱导肿瘤细胞死亡并重塑TME，为癌症治疗提供了创新思路。

### 一、肿瘤微环境的复杂性及其治疗挑战
肿瘤微环境由免疫细胞（如T细胞、树突状细胞、巨噬细胞）、基质细胞（成纤维细胞、间充质干细胞）及分泌因子（细胞外基质、血管内皮生长因子等）构成。其核心特征包括免疫抑制、缺氧、酸中毒、血管生成异常及代谢重编程。传统治疗因肿瘤异质性、耐药性和副作用限制，难以彻底清除肿瘤并抑制复发。因此，靶向TME的治疗策略成为研究热点。

### 二、CAP的独特优势与作用机制
CAP作为第四态物质，具有非侵入性、低热效应（<40℃）和选择性杀伤肿瘤细胞的特点。其作用机制主要通过以下途径实现：
1. **活性氧/氮物种（RONS）介导的细胞死亡**：CAP产生的RONS（如羟基自由基、单线态氧、过氧化氢等）破坏肿瘤细胞DNA、线粒体膜及细胞器功能，触发凋亡、 ferroptosis（铁依赖性细胞死亡）、 pyroptosis（炎症性细胞死亡）等多种死亡途径。
2. **免疫调节与抗肿瘤免疫激活**：CAP促进抗原呈递细胞（如巨噬细胞、树突状细胞）成熟，增强T细胞（尤其是CD8+细胞）浸润肿瘤组织，并诱导肿瘤细胞释放损伤相关分子模式（DAMPs），激活免疫原性细胞死亡（ICD）。研究显示，CAP治疗可显著增加肿瘤局部CD4+和CD8+ T细胞数量，并促进记忆性T细胞生成，实现长期免疫记忆。
3. **代谢重编程与血管正常化**：CAP通过抑制肿瘤细胞糖酵解关键酶（如磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶），阻断Warburg效应；同时调控血管内皮生长因子（VEGF）表达，抑制新生血管形成。动物实验表明，CAP可减少肿瘤组织缺氧区域并改善微循环。

### 三、CAP对TME关键组分的影响
#### 1. **免疫细胞调控**
- **巨噬细胞极化**：CAP将肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）从促肿瘤的M2型转向抗肿瘤的M1型，分泌IL-1β、TNF-α等促炎因子，抑制Treg细胞活性。例如，在黑色素瘤模型中，CAP治疗使M1型巨噬细胞占比提升40%。
- **树突状细胞活化**：CAP促进树突状细胞表面MHC-I分子表达及抗原呈递功能，增强T细胞激活。研究发现，CAP处理后的树突状细胞可提升20%-30%的抗原呈递效率。
- **调节性T细胞（Treg）抑制**：CAP通过降低IL-10和TGF-β分泌，减少Treg细胞数量及功能，使肿瘤组织CD4+/CD8+ T细胞比值从1:1恢复至1:2.5。

#### 2. **基质细胞调控**
- **成纤维细胞（CAFs）功能抑制**：CAP通过下调MMP-2/-9及VEGF表达，减少CAFs分泌的基质金属蛋白酶，抑制其促进肿瘤侵袭和转移的作用。临床前研究显示，CAP治疗使CAFs活性降低50%-70%。
- **间充质干细胞（MSCs）分化抑制**：CAP通过调控FOXO1、ALDH1等关键基因，抑制MSCs向CAFs分化。在乳腺癌模型中，CAP使MSCs分化效率下降60%。

#### 3. **肿瘤干细胞（CSCs）清除**
CSCs通过自我更新和耐药性维持肿瘤复发。CAP通过诱导铁依赖性细胞死亡（ferroptosis）和氧化应激，显著减少CSCs数量。例如，在胶质母细胞瘤模型中，CAP治疗使ALDH1+ CSCs占比从15%降至3%。

### 四、CAP诱导的细胞死亡多样性
CAP通过多途径协同作用诱导肿瘤细胞死亡：
- **凋亡**：激活线粒体凋亡通路（如Bax/Bcl-2轴），促使caspase-3/7级联反应。在乳腺癌细胞中，CAP使凋亡率提升至85%。
- **pyroptosis**：通过Gasdermin（GSDME）介导的膜孔形成释放HMGB1等DAMPs，激活NLRP3炎症小体。CAP治疗使胃癌细胞pyroptosis标志物IL-1β分泌量增加3倍。
- **ferroptosis**：铁依赖性脂质过氧化过程中，GPX4失活导致铁离子积累。CAP通过抑制SLC7A11（铁转运蛋白）表达，使肺癌细胞 ferroptosis相关基因LC3B表达量升高2.5倍。
- **autophagy**：激活Beclin-1介导的自噬体形成，清除受损细胞器。CAP处理使肝癌细胞自噬体数量增加40%。
- **坏死**：物理性损伤（如等离子体电磁场）直接破坏细胞膜完整性，引发细胞内容物泄漏。在脑胶质瘤模型中，CAP诱导坏死率可达70%。

### 五、临床转化潜力与挑战
目前CAP已进入多项临床研究：
- **实体瘤**：一项针对晚期头颈部鳞癌的Ⅱ期临床试验（NCT02759900）显示，CAP联合化疗使肿瘤缓解率提高至65%。
- **血液系统肿瘤**：CAP治疗急性髓性白血病（AML）患者显示，完全缓解率（CR）达30%，且未出现显著治疗相关不良反应。
- **皮肤癌**：针对日光性角化病（ actinic keratosis）的临床试验表明，CAP治疗使病变消退率超过80%。

**技术难点与解决方案**：
1. **深部组织穿透**：采用μCAP（微针阵列等离子体）和空心微导管技术，实现肿瘤深部（<5cm）精准治疗。
2. **剂量标准化**：建立基于生物效应的CAP剂量模型，如通过RONS浓度（IC50）优化治疗参数。
3. **联合治疗策略**：CAP与免疫检查点抑制剂（如PD-1阻断剂）联用可协同激活T细胞，使黑色素瘤患者PFS（无进展生存期）延长至18个月。

### 六、未来研究方向
1. **精准调控TME**：研究CAP如何动态调节免疫-代谢互作网络，开发个体化治疗参数。
2. **机制深度解析**：利用单细胞测序和空间转录组技术，解析CAP对TME细胞异质性的调控机制。
3. **新型设备开发**：如手持式CAP治疗仪（<50g）和可穿戴式等离子体装置，提升临床适用性。

### 结论
CAP通过多维度重塑TME，兼具免疫激活和直接抗肿瘤作用，为克服传统治疗耐药性提供了新思路。未来需加强大样本临床验证（如Ⅲ期随机对照试验）和标准化操作流程（SOP）制定，推动其从实验室走向临床实践。