细胞死亡一直是热点研究问题，也是近年来国自然申请的大热门。近5年来，细胞焦亡、铁死亡不断冲上国自然申请的热榜；而另一种细胞死亡方式，10年来一路过关斩将，并在2022年创下新高。
没错，它就是——免疫原性细胞死亡。
今天，梅斯学术以近期发表在Advanced Science上的一篇文章为例，共同学习一下这个“新领域”吧！
原文链接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9353475/
一、摘要
由于反应率低和副作用严重，肿瘤免疫疗法仅对一小部分患者有效，临床免疫治疗的这些难题可以通过诱导免疫原性细胞死亡（ICD）来解决。
ICD从许多抗肿瘤疗法中引发，以释放危险相关分子模式（DAMP）和肿瘤相关抗原，以促进树突状细胞（DC）的成熟和细胞毒性T淋巴细胞（CTL）的浸润，该过程可以逆转肿瘤免疫抑制微环境，提高免疫治疗的敏感性。
探索基于纳米结构的药物递送系统（NDDS）通过结合用于化疗的治疗分子，用于光动力治疗（PDT）的光敏剂（PSs），用于光热治疗（PTT）的光热转换剂和用于放射治疗（RT）的放射增敏剂来诱导ICD。这些NDDS可以在正确的时间在正确的地点以正确的剂量释放负载的药物，从而提高有效性并降低毒性。免疫治疗剂也可以与这些NDDS组合，以多模式治疗方法实现协同抗肿瘤作用。
本综述利用NDDS加载多种药物，通过化疗、PDT、PTT和RT联合免疫疗法诱导ICD，促进治疗效果并减少与癌症治疗相关的副作用。
二、背景
激活肿瘤免疫微环境的一种有希望的方法是诱导肿瘤细胞中的免疫原性细胞死亡（ICD），ICD可以释放抗原和危险相关分子模式（DAMP），包括肿瘤细胞表面的钙网蛋白（CRT），以及其他因子，如高迁移率组框1（HMGB1），腺苷-5′-三磷酸（ATP）和热休克蛋白（HSP）。
CRT是内质网（ER）上的一种可溶性蛋白，可以在ER胁迫下易位到肿瘤细胞表面，这种易位过程是通过PKP样ER激酶（PERK）磷酸化真核翻译起始因子（eIF2α）并通过半胱天冬酶8介导的B细胞受体相关蛋白31（BCAP31）激活BAX和BAK的凋亡蛋白触发的。
CRT与CD91受体结合充当“吃我”信号，以促进抗原呈递细胞（APC）识别肿瘤细胞释放的肿瘤相关抗原，垂死的细胞激活自噬以分泌与P结合的ATP2X7吞噬细胞上的受体，这种ATP结合过程充当“寻找我”信号，以募集树突状细胞（DC），巨噬细胞和单核细胞等吞噬细胞，HMGB1与toll样受体4（TLR-4）相互作用，促进DC成熟并释放促炎细胞因子以引发有效的免疫刺激作用，包括HSP70在内的HSP可以吸引吞噬细胞并激活自然杀伤（NK）细胞。
一般来说，释放的肿瘤相关抗原被APC（如DC）吞噬，然后呈递给T细胞，同时这些DAMPs促进DC的成熟，细胞毒性T淋巴细胞（CTL）的活化和多种细胞因子（干扰素-γ（IFN-γ），肿瘤坏死因子-α（TNF-α），白细胞介素-6（IL-6），白细胞介素-1β（IL-1 β））与先天性和适应性免疫有关，以诱导有效的免疫反应。
抗肿瘤T细胞和细胞因子改变了肿瘤微环境，并将“冷”免疫抑制肿瘤转变为“热”免疫反应性病变，从而增加了免疫疗法的反应。
已有研究证明，肿瘤微环境中的ICD可以通过化疗，光动力疗法（PDT），光热疗法（PTT），放疗（RT）诱导，尽管这些ICD诱导疗法和免疫疗法的联合治疗是消退肿瘤和降低复发率的有希望的方法，但传统的给药策略可能会降低其治疗效果。
例如，治疗剂在生理条件下可能失去治疗功能，循环时间不足，在肿瘤组织中积累不良，对肿瘤内组织的渗透不足，并经历被动扩散对正常细胞造成损害和诱导毒性。
因此，应精心保持其效率和毒性之间的平衡。基于纳米结构的药物递送系统（NDDSs）在应对上述挑战方面显示出巨大的前景。
它们具有特定的特征：
1）NDDS可以保护治疗剂免受生理条件的影响，直到它们被递送到靶细胞中，这对于抗体和细胞因子等大分子药物尤其重要;
2）NDDSs可以提高光敏剂（PSs）等疏水治疗剂的溶解度;
3）NDDS可以被设计成在肿瘤微环境中具有反应性，例如低pH值或还原酶，并通过用独特的抗体或肽修饰对靶肿瘤细胞具有特异性，可以降低治疗剂对正常细胞的毒性;
因此，NDDS可以用于基于ICD的协同免疫疗法。
本文综述了基于NDDSs的ICD诱导方法与免疫治疗相结合的方法，阐述了NDDSs的工程策略，以提高其递送效率并激活肿瘤免疫微环境以改善抗肿瘤效果。
三、NDDS的设计以提供基于ICD的治疗剂
在过去十年中，基于多功能纳米材料的递送载体结合免疫疗法的NDDS越来越受欢迎，已经开发了无数的NDDS，如脂质体、聚合物纳米颗粒（NP）、胶束、树枝状聚合物和无机NP（包括金属NP、金属有机骨架、二氧化硅NP、磷酸钙等），以输送治疗剂，包括化疗药物、PSs、光热转化剂和放射增敏剂。
NDDS需要采取五个级联步骤，缩写为“CAPIR”，以在静脉内给药后成功有效地将治疗剂递送到肿瘤细胞：血室循环（C），肿瘤部位积聚（A），渗透到深部肿瘤组织（P），肿瘤细胞内化（I）和细胞内腔中释放治疗剂（R）。每一步的原则都为构建合理的NDDS以提高免疫治疗效果提供了深刻的见解。
通过这些“CAPIR”原理，构建NDDS可以有效和成功地递送治疗药物以诱导肿瘤部位的ICD，这是激活癌症免疫周期的关键步骤，同时，免疫治疗剂可以调节免疫抑制细胞，包括调节性T细胞（Tregs），髓源性抑制细胞（MDSC），M2巨噬细胞，并下调免疫抑制分子（如吲哚胺 2，3-双加氧酶 （IDO））的表达，以增强免疫疗法。如图1所示，可以从上述“CAPIR”原理设计多功能NDDS来介导ICD并实现免疫治疗，这有可能成为癌症治疗的下一波技术。
合理设计的NDDSs向肿瘤细胞递送治疗剂后，释放的肿瘤相关抗原可以被DC和DAMPs（CRT、ATP和HMGB1）原位吞噬，促进DC成熟并激活免疫应答，逆转肿瘤免疫微环境从免疫抑制到免疫活化。此外，ICI等免疫治疗剂可以阻断PD-1/PD-L1或CTLA-4/CD28轴，以防止免疫逃逸;反过来，ICD诱导的免疫反应性肿瘤微环境可以提高ICI的治疗效果（图1）。
图1. 设计智能NDDS的“CAPIR”原理示意图以及化疗/ PDT / PTT和基于RT的ICD与免疫疗法相结合的癌症治疗过程
四、NDDS联合免疫疗法诱导的ICD
化疗诱导ICD
化疗是临床上最有效的癌症治疗方法之一。最近的研究表明，包括多柔比星（DOX），紫杉醇（PTX）和奥沙利铂（OXA）在内的一些化疗药物可以通过ICD途径杀死肿瘤细胞，从而激活先天性和适应性抗肿瘤免疫反应。
然而，传统的化疗可能会引起严重的副作用，复发率高，耐药性很大，且这些药物在肿瘤部位的浓度低和对更深肿瘤组织的渗透不良，很容易导致治疗效果较差。化疗药物可以上调免疫抑制分子，如PD-L1和CD 47，以抑制T细胞反应。
基于生物材料的智能NDDS可以实现可变大小的肿瘤深度渗透，通过可切换的表面电荷改善肿瘤细胞摄取，并通过靶向响应释放避免肿瘤细胞中的副作用以促进ICD效应。
目前，许多研究表明，与游离化疗剂相比，加载纳米载体中的ICD诱导剂可以通过释放更多的抗原和DAMPs来扩增ICD。这些肿瘤相关抗原和原位DAMP可以增强抗原性和佐剂性，诱导强烈的先天性和适应性免疫应答，当基于化疗药物的ICD与免疫治疗剂联合使用时，抗肿瘤作用可以增强。
最为经典且最常用的例子就是化疗联合免疫检查点抑制剂（ICI），ICIs治疗期间患者反应率低主要归因于没有肿瘤T细胞浸润，ICD可促进DCs成熟，增加肿瘤浸润淋巴细胞和髓系细胞，促进高度T细胞浸润，从而产生免疫反应性肿瘤微环境，已经证明，具有浸润CTL的热肿瘤微环境可以显著提高对抗PD-1 / PD-L1抗体的反应率。
因此，ICD和ICIs的结合可以显著提高抗肿瘤效果。近年来，这种联合疗法在临床前和临床阶段都得到了广泛的研究，表明其在实体瘤消退方面具有广阔的前景。
光动力疗法（PDT）诱导ICD
PDT目前被用作控制恶性肿瘤的替代疗法，PDT可以通过过氧化氢、羟基自由基、超氧阴离子和单线态氧等细胞毒性ROS破坏肿瘤细胞和病变组织。这些 ROS 通常由三个关键组件产生：光、氧气和 光敏剂（PS）。
PS产生细胞毒性ROS有两个步骤：首先，在光照射后，PS可以转化为不稳定的单重态，可以直接将能量传递给基态三重态氧（3O2） 生成高活性单线态氧 （1O2），或与生物分子O或H2O反应，生产 ROS。在氧化应激下，受损的肿瘤细胞引发ICD释放DAMPs和新抗原，以激活先天性和适应性免疫反应。
此外，PDT可导致各种免疫细胞快速募集到肿瘤部位，激活肿瘤免疫微环境并分泌各种细胞因子（如IL-6，IL-1β和TNF-α）以增强免疫反应。虽然PDT触发抗肿瘤免疫，但其作用相对较弱且短暂。许多研究表明，强烈的PDT导致免疫抑制分子（如PD-1，CTLA-4和IDO）的上调，以介导免疫逃逸。
因此，PDT与ICIs（如抗PD-1/PD-L1抗体）联合阻断PD-1/PD-L1通路或IDO抑制剂调节肿瘤微环境可能是放大PDT诱导的免疫力用于癌症治疗的潜在方法。
光热疗法（PPT）诱导ICD
PTT通过在微创光照射下通过光热转换剂在肿瘤组织中产生热疗来杀死肿瘤细胞，肿瘤细胞可以通过破坏DNA，变性蛋白质和破坏细胞膜在41-48°C的温度下消融，导致肿瘤相关抗原和HSP作为“危险信号”的释放。APC识别HSP并将HSP伴侣肽呈递给CD8 T细胞，从而激活适应性免疫。
然而，由于激光源的组织穿透深度较短，单独使用PTT不能有效消融远端和转移性肿瘤和次优免疫激活。
目前，光热转化剂与免疫治疗剂（如抗CTLA -4抗体）的组合，抗PD-1/PD-L1抗体， IDO 抑制剂和免疫佐剂的组合能显著增强免疫刺激，缓解肿瘤微环境。
放射治疗（RT）诱导ICD
放疗（RT）是癌症的主流外部治疗方式，超过50%的癌症患者在治疗的某个阶段接受放射治疗。RT主要破坏DNA中碱基和/或细胞内成分之间的化学键，通过有丝分裂灾难杀死肿瘤细胞。据报道，暴露在死细胞表面的CRT，HMGB1和HSP 70在RT期间迁移到细胞外位点以引发ICD。
此外，放疗可诱导促炎细胞因子和趋化因子（如I型IFN、IL-1β、TNF和CXCL16）的分泌，以刺激DC成熟。两种免疫刺激事件都有助于宿主的全身抗肿瘤免疫，从而引起远隔效应。RT在肿瘤治疗方面取得了相当大的进展，而免疫抑制肿瘤微环境可以抑制远隔效应，因为RT可以上调免疫抑制蛋白（如PD-L1）的表达。
因此，放疗联合免疫治疗可减少免疫抑制，以增强抗肿瘤作用。
五、ICD诱导的多模式治疗
为了最大限度地提高抗肿瘤效果，已经通过结合化疗，PDT / PTT和免疫治疗开发了多模式治疗方法（表3)（建议收藏，ICD的组合疗法，在开展临床试验，开展基础研究都有很高的指导意义）。
通过合理设计反应性NDDSs，同步递送多种不同机制的治疗药物，包括化疗和PDT在内的协同多模式疗法能够减少药物剂量，以避免低/无毒性的肿瘤耐药性和转移。
图1. ICD的组合治疗
六、结论与展望
肿瘤免疫疗法可以激活或增强免疫系统攻击肿瘤细胞并引发特异性抗肿瘤免疫和长免疫原性记忆反应，因此，免疫疗法显著改变了癌症治疗的范式。然而，由于免疫抑制微环境，患者的低反应率仍然是阻碍广泛免疫治疗应用的主要障碍。ICD可以将肿瘤抗原暴露于APCs并释放DAMPs（CRT，HMGB1，ATP和HSP），以促进DC成熟，T细胞活化和CTL浸润，从而产生抗肿瘤免疫反应。这种基于ICD的疗法与NDDS的免疫疗法相结合，可以显著改善癌症治疗的效果。
本综述总结了近年来遵循“CAPIR”原则设计NDDS用于诱导化疗、PDT/PTT和基于RT的ICD的研究，如正文所述，所有这些治疗方法在肿瘤部位引起有效的ICD效应，从而创造免疫反应微环境以提高免疫治疗效果。
这些治疗方法有其独特的优点和缺点：
1）化疗是临床肿瘤治疗的最常见选择，但它存在严重的副作用和耐药性等问题，这些问题可以通过NDDS进行靶向递送和引入免疫疗法来缓解。
2）PDT或PTT可通过细胞毒性ROS或高热侵入性方式直接杀死肿瘤细胞，由于穿透深度有限，多适用于浅表肿瘤，联合免疫治疗可有效抑制原发性和远处肿瘤，可能有益于转移性肿瘤的治疗。
3）RT可以通过“远隔效应”触发远离照射部位的抗肿瘤反应，并激活先天免疫的STING通路，而这些上调的免疫抑制PD-1或M2巨噬细胞可以通过免疫治疗抗体或极化剂来抑制，以最大限度地提高治疗效率。
