综述：纳米技术与CAR-T疗法的结合：癌症免疫治疗的新时代

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Cancer》：Nano meets CAR-T: A new era in cancer immunotherapy

　　摘要
嵌合抗原受体（CAR）-T细胞免疫疗法是癌症个性化治疗领域的重大进展之一，其原理是通过基因改造T细胞，使其表达嵌合抗原受体（CAR），从而生成能够精准靶向癌组织的CAR-T细胞。尽管免疫疗法具有显著的抗肿瘤作用，但由于存在肿瘤耐药性、副作用、高昂的生产成本、CAR-T细胞工程过程中的潜在毒性以及选择性不足等问题，只有少数疗法在获得美国食品药品监督管理局批准后得以上市。纳米技术作为一种有望提升药物靶向性、选择性并减少副作用的技术手段，近年来在改善CAR-T细胞的工程化、递送及体内功能方面展现出巨大潜力。基于纳米技术的策略，如纳米颗粒介导的基因递送系统、用于调控CAR表达的纳米制剂以及肿瘤微环境调节方法，都显示出克服现有治疗局限性的巨大前景。因此，目前有许多研究致力于将这项技术整合到CAR-T细胞免疫疗法的开发中。本文综述了CAR-T细胞的生物工程设计、抗肿瘤作用机制、面临的挑战与限制，以及最新的创新纳米技术解决方案，旨在进一步提升CAR-T细胞免疫疗法的疗效、安全性和临床应用价值。

引言
近年来，癌症免疫疗法取得了显著进展，推动了该技术从实验室走向临床应用。其中，嵌合抗原受体（CAR）-T细胞疗法是最为成功的疗法之一。这种先进的免疫疗法属于个性化医疗范畴，因为它涉及对患者自身T细胞进行基因改造，使其表达CAR——这是一种人工设计的受体蛋白，能够引导患者的免疫细胞，尤其是T淋巴细胞，识别肿瘤细胞表面的特定抗原[1]–[8]。这些细胞表面表达的靶标抗原可独立于主要组织相容性复合体（MHC）受体被CAR识别，进而强烈激活T细胞，引发强烈的抗肿瘤反应[9]。CAR-T细胞在白血病、淋巴瘤和多发性骨髓瘤等多种癌症的治疗中取得了良好效果，通过激活免疫系统来精准识别并清除癌细胞，代表了个性化癌症免疫疗法的重大突破[1]–[10]。美国食品药品监督管理局首个批准的CAR-T细胞产品是针对白血病的抗CD19 CAR-T细胞疗法。截至2024年底，已有七种CAR-T细胞疗法获得FDA批准，而且这一数字还在不断上升，因为目前还有许多新型CAR-T细胞正在研究中并处于临床试验阶段。2024年3月，FDA又批准了CAR-T细胞免疫疗法产品Breyanzi?，用于治疗小淋巴细胞性淋巴瘤或复发或难治性慢性淋巴细胞白血病，而该产品此前已获批用于大B细胞淋巴瘤[11]–[12]。

尽管CAR-T细胞疗法在血液系统恶性肿瘤的治疗中表现出显著优势，但其在实体瘤中的应用仍面临诸多挑战[1]–[22]。这些挑战包括抑制性肿瘤微环境（TME），它会阻碍T淋巴细胞的浸润和活性；抗原逃逸现象，即癌细胞失去或改变靶标抗原，从而导致治疗耐药性；以及神经毒性、细胞因子释放综合征（CRS）等严重毒性反应。此外，由于CAR-T细胞的制造过程复杂且成本高昂，普通民众难以获得这种疗法[1]–[23]。因此，当前的研究正致力于探索各种创新方法来解决这些问题。例如，人们开发了双靶点或多靶点CAR，以降低抗原逃逸的可能性。为提高疗法的安全性、有效性及可规模化性，人们还在积极研究调节TME的工程化方法、用于控制毒性的安全开关，以及异体或商业化CAR-T细胞的制备技术，这些都在不断推动CAR-T细胞疗法的改进。除了上述方法外，纳米技术也被引入CAR-T细胞疗法中，为提升CAR-T细胞的递送效率和治疗效果提供了新的途径[24]–[25]。

纳米颗粒（NPs）是指直径小于1000纳米的微小粒子，根据其结构、成分和来源不同，可分为多种类型[26]。由于其具有高选择性和靶向特定组织的能力，以及能够提升遗传物质和CAR-T细胞等脆弱治疗剂的稳定性，纳米颗粒被认为能够增强药物的疗效并减少其不良反应[27]–[29]。此外，这项技术在体内生成CAR-T细胞方面也发挥着重要作用，它可以通过向T细胞递送编码CAR的基因，实现更高效、更安全、更快速的CAR-T细胞生产方式，同时避免了传统CAR-T细胞生产中需要使用病毒载体将基因导入患者分离出的T细胞所带来的种种难题[28]–[31]。纳米颗粒可通过mRNA短暂表达或DNA定点整合的方式高效递送CAR，从而降低插入突变和细胞毒性的风险，同时将生产时间从数周缩短至数天。此外，纳米颗粒还能通过递送趋化因子调节剂、分解细胞外基质屏障以及重新编程抑制性微环境，来提升CAR-T细胞在实体瘤中的浸润能力及功能持久性，进而降低CRS和神经毒性的风险。

虽然已有不少综述探讨了纳米技术在CAR-T细胞疗法中的应用，但大多数研究主要集中在CAR-T细胞的制造、基因递送方法或某些特定的纳米平台上。相比之下，本文从全面且机制化的角度分析了纳米技术如何解决制约CAR-T细胞疗效的主要障碍，尤其是在实体瘤中存在的肿瘤浸润不良、抑制性TME、抗原异质性、治疗相关毒性以及肿瘤耐药性问题。此外，本文还介绍了人工智能驱动的纳米工程化CAR-T系统优化方面的最新进展，并探讨了纳米技术、人工智能与精准肿瘤学的结合如何加速下一代个性化CAR-T疗法的发展。

章节节选
CAR-T细胞的生物工程设计
CAR-T细胞是通过一系列基因工程步骤构建的，这些步骤旨在增强T细胞对恶性细胞的识别和清除能力。通过表达一种兼具抗原识别功能和T细胞激活功能的合成受体，CAR-T细胞能够更有效地利用机体的免疫系统来对抗癌症。CAR结构由多个关键组成部分构成，其中胞外域负责识别癌细胞表面的靶标抗原。

CAR-T细胞靶向抗肿瘤作用的机制、挑战与限制
给药后，CAR-T细胞通过CAR的单链可变片段（scFv）域识别与肿瘤相关的抗原。抗原结合会触发细胞内信号传导域的激活，包括CD3ζ链以及CD28或4-1BB等共刺激域，进而导致T细胞活化、增殖并产生细胞毒性抗肿瘤反应，如图1所示。活化的CAR-T淋巴细胞随后会释放含有颗粒酶和穿孔素的细胞毒性颗粒，进而杀伤癌细胞。

用于CAR-T细胞免疫治疗的纳米技术
纳米颗粒在提升CAR-T细胞免疫疗法的效果方面展现出巨大潜力，尤其在实体瘤治疗中。基于纳米技术的策略可通过定点递送和可控的生化干预，有效打破传统CAR-T细胞疗法难以克服的障碍。例如，为解决基质排斥问题，人们可以利用蛋白酶或TGF-β等基质调节剂对纳米颗粒进行功能化处理。

人工智能驱动的纳米工程化CAR-T系统优化
人工智能、纳米技术与CAR-T细胞免疫疗法的结合，为克服传统CAR-T疗法在实体瘤治疗中的诸多局限性提供了一种极具前景的策略。近年来，机器学习、深度学习以及自动机器学习技术的进步，使得人们能够分析大规模复杂的生物医学数据，从而有助于合理设计纳米载体、预测治疗反应，并推动相关疗法的快速发展。

现状与未来展望
CAR-T细胞疗法与纳米技术的结合，对于解决细胞免疫疗法及个性化肿瘤学领域长期存在的难题具有重要意义[25]。尽管CAR-T疗法在血液系统恶性肿瘤的治疗中已展现出显著疗效，但其向实体瘤领域的应用以及更广泛的临床应用仍受到生物学、技术及经济因素的制约[18]。此外，治疗耐药性、高昂的生产成本等临床问题也亟待解决。

结论
选择性抗肿瘤免疫疗法是目前研究最多、应用最广泛的针对肿瘤组织的有效治疗手段之一。CAR-T细胞疗法作为一种新兴的免疫疗法，因其可通过工程化手段靶向肿瘤抗原而具备高度的肿瘤组织选择性，因而备受关注。纳米技术作为一种多功能工具，为解决CAR-T细胞疗法面临的诸多挑战提供了有力支持，具有巨大的应用潜力。