恶性胸腔积液（MPE）是晚期肿瘤的常见表现之一，以非小细胞肺癌（NSCLC，36%）、乳腺癌（26%）和淋巴瘤（13%）最为常见[1]。MPE会引起患者咳嗽、胸痛、呼吸困难和乏力等症状，严重影响患者的生活质量和预后，有研究表明， MPE患者的中位生存期仅为5个月[2]。
MPE的传统治疗方法主要以缓解呼吸困难症状为主，如胸腔穿刺引流、胸膜固定，但疗效欠佳，且不良反应多、复发率较高。
随着免疫时代的到来，专家们根据免疫微环境中CD3和CD8淋巴细胞的浸润程度，将肿瘤分为“热”肿瘤（高度浸润）和“冷”肿瘤（非浸润性），“热”肿瘤对免疫治疗的反应性更好，将“冷”肿瘤变热成为肿瘤免疫治疗的新突破口[3]。 MPE的肿瘤微环境中含有大量促瘤髓系免疫细胞和免疫抑制细胞因子，具有较强的免疫抑制作用，属于“冷”肿瘤[1]。
MPE的免疫治疗除了PD-1/PD-L1抑制剂[4]，科学家还尝试通过胸腔内注射免疫刺激物 （如细菌抗原、促炎细胞因子、溶瘤病毒或腺病毒细胞因子基因）来增强MPE的抗肿瘤免疫[5, 6]。但这些方法要么不能很好地增强免疫，要么引起严重的不良反应。因此， 寻求一种能有效地将“冷”肿瘤变热的新胸腔内治疗方法，对于改善MPE的免疫治疗至关重要。
为此，来自 美国维克森林医学院的Dawen Zhao教授团队开发了一种新的胸腔内治疗方法，这项研究成果近期发表在 Nature Nanotechnology 杂志上[7]。
他们合成了一种 含环二核苷酸（CDN）的脂质体纳米颗粒（LNP-CDN），胸腔内注射LNP-CDN能够改善肿瘤的“冷”免疫，提高肿瘤免疫治疗的疗效。
▲ 论文首页截图
我们都知道，干扰素基因刺激因子（STING）通路在抗肿瘤免疫中起着重要作用，而CDN能够连接STING，并激活STING途径和I型干扰素（IFN）的产生，发挥抗肿瘤免疫作用。基于此， 有研究发现肿瘤内注射CDN可以增强实体肿瘤的抗肿瘤免疫效果，但还没有研究探索胸腔内注射CDN的作用。
科学家们注意到在MPE中使用CDN存在的一个问题： 游离CDN不稳定，易被外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶（ENPP1）降解，不巧的是， MPE中的ENPP1水平很高。这使得胸腔内注射游离CDN受到了限制。
为了解决这一问题，Zhao教授团队合成了一种 LNP-CDN，这种纳米颗粒能保护CDN不被MPE的酶降解，使其在MPE中表现出良好的药代动力学特征，并可以 选择性靶向胸腔内的巨噬细胞和树突状细胞。
Zhao教授团队通过建立Lewis肺癌小鼠的MPE模型，向小鼠的胸腔内注射被DiR标记的LNP-CDN后，发现 LNP-CDN主要停留在胸部，持续至少48小时，血液和其他主要器官也有少量的LNP-CDN。然后收集MPE中的免疫细胞，他们发现 LNP-CDN能够靶向MPE中的CD11c+巨噬细胞和树突状细胞。不仅如此， LNP-CDN还可以增强肿瘤引流淋巴结中的细胞毒性T细胞交叉活化。
为了了解胸腔内注射LNP-CDN对MPE中免疫细胞和免疫反应的影响，Zhao教授团队进行了单细胞RNA测序、流式细胞术和ELISA。他们发现注射48小时后，MPE中出现20个不同的细胞簇，包括肿瘤细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞、NK细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞和B细胞等各种免疫细胞。
其中巨噬细胞最多，可分为6个亚群， LNP-CDN可以诱导巨噬细胞复极化和分型，使M2向M1转化。此外，他们还发现 LNP-CDN和PD-L1抑制剂联合胸腔内注射可以进一步增加M2向M1的转化。
▲ 胸膜内注射LNP-CDN对MPE免疫细胞的影响
a. 注射48小时后MPE中的细胞簇；b、d、e. 不同处理组的细胞；c. 6种巨噬细胞亚群
除了对髓系细胞的作用外， LNP-CDN还能使MPE中的CD8+T细胞和NK细胞扩增，诱导CD8+T细胞活化和NK细胞成熟。另外， LNP-CDN还使得MPE中促炎细胞因子和趋化因子水平升高（如I型IFN、IFN-γ、IL-2、IL-12等）。
这些结果表明胸腔内注射LNP-CDN可以改善MPE的“冷”免疫，增强CD8+T细胞和NK细胞的细胞毒性。
接下来，Zhao教授团队进一步分析胸腔内注射LNP-CDN对免疫治疗效果的影响，他们发现 胸腔内注射LNP-CDN或PD-L1抑制剂都能抑制肿瘤生长和MPE进展，两药联合注射能进一步减少MPE的生成和胸膜肿瘤负荷，延长MPE小鼠的存活时间。免疫组化显示，联合治疗诱导的细胞凋亡明显增多，血管正常化基因和抗血管生成基因的表达上调，促血管生成基因表达下调。
除此之外，两药联合的胸腔内给药还抑制了肺部肿瘤的生长，表明 抗肿瘤作用不仅限于胸腔内，还能扩展到肺实质。
▲ LNP-CDN与PD-L1抑制剂联合胸腔内注射抑制胸膜肿瘤生长，减少MPE生成并延长生存时间
最后，Zhao教授团队收集了5名NSCLC患者的MPE样本，在人体肿瘤中进一步验证上述实验结果。
他们首先检测了MPE样本中的免疫细胞和细胞因子，证实了 MPE的“冷”免疫。然后将LNP-CDN与MPE混合，流式细胞术显示 LNP-CDN被单核细胞/巨噬细胞和树突状细胞所摄取，并诱导M1相关基因的表达增加，激活NK细胞，从而增强了对肿瘤细胞的溶解作用。加入PD-L1抑制剂后，NK细胞的细胞毒性作用进一步增强。这提示LNP-CDN在人类MPE中具有潜在的治疗作用。
总的来说，纳米颗粒LNP-CDN能保护CDN不被降解，从而在胸腔内发挥作用。胸腔内注射LNP-CDN通过激活CD8+T细胞和NK细胞，诱导MPE转录组发生变化，从而改善MPE微环境的“冷”免疫，提高肿瘤免疫治疗的疗效。
由此可见，胸腔注射脂质体纳米颗粒在MPE的治疗中具有广阔的应用前景。然而，前景很美但前路漫漫，还需要更多的研究和临床试验来探索它在临床上的有效性和安全性，让我们拭目以待吧。
参考文献：
[5] Sartori, S., D. Tassinari, P. Ceccotti, et al., Prospective randomized trial of intrapleural bleomycin versus interferon alfa-2b via ultrasound-guided small-bore chest tube in the palliative treatment of malignant pleural effusions. J Clin Oncol. 2004;22(7):1228-1233. doi:10.1200/jco.2004.09.164
[6] Goey, S.H., A.M. Eggermont, C.J. Punt, et al., Intrapleural administration of interleukin 2 in pleural mesothelioma: a phase I-II study. Br J Cancer. 1995;72(5):1283-1288. doi:10.1038/bjc.1995.501
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