综述：克服瘤内转运屏障：局部免疫治疗递送平台的进展

《Advanced Drug Delivery Reviews》：Overcoming intratumoral transport barriers: Advances in local immunotherapy delivery platforms

　　

癌症仍是全球主要的死亡原因，目前的系统疗法受限于肿瘤穿透和滞留能力差、全身毒性以及治疗耐药性。瘤内（IT）免疫治疗提供了一种很有前途的替代方案。通过将疗法直接递送到肿瘤内部，IT免疫治疗平台可以减少全身毒性并提高疗效。本综述比较了系统和IT免疫治疗，强调了IT免疫治疗绕过血管和基质屏障、减少免疫相关不良事件（irAEs）以及实现系统给药可能无法耐受的协同联合治疗的能力。作者研究了IT递送平台，包括纳米颗粒、细菌囊泡、溶瘤病毒、设备辅助输注系统、水凝胶、可植入支架、药物洗脱种子和微针贴片。对于每一种平台，作者讨论了递送策略和转化考虑因素。作者还重点介绍了IT治疗载体，包括基因疗法、细胞疗法、模式识别受体激动剂、细胞因子、免疫检查点抑制剂（ICIs）和代谢调节剂，并讨论了哪种递送平台更适合特定的治疗载体。最后，作者探讨了IT免疫治疗与外部能量模式（如光热疗法、微波消融、磁热疗、放疗、声动力疗法、光动力疗法和冷冻疗法）之间的协同作用。尽管挑战依然存在，但IT免疫治疗能够以最小的毒性实现持久的系统抗肿瘤免疫反应，这使其成为一种变革性的癌症免疫治疗方法。

1. 引言

癌症仍然是全球主要的健康挑战，尽管预防、检测和治疗取得了实质性进展。仅在美国，预计2025年将有超过618,000人死于癌症。早期检测改善了某些恶性肿瘤的预后，例如局限性乳腺癌的5年相对生存率为99%。然而，癌症继续给患者及其家庭带来沉重的身体、情感和经济负担。随着癌症负担的持续存在，对更有效和持久疗法的需求变得越来越明显，这使得免疫治疗成为现代肿瘤学中最具变革性的治疗策略之一。免疫检查点抑制剂（ICIs）和过继性细胞疗法（ACTs）等免疫疗法利用宿主免疫系统识别和攻击恶性细胞，同时提供持久免疫记忆的潜力。然而，只有一部分患者从当前的免疫疗法中获得有意义的益处。多种因素限制了疗效：免疫药物和效应细胞在肿瘤微环境（TME）内的穿透和滞留能力差；需要联合策略的内在和获得性耐药机制；以及当多种免疫调节剂系统性给药时，尤其是严重免疫相关不良事件（irAEs）的发生率增加。这些挑战凸显了对能够增强局部疗效同时减少全身毒性的递送策略的需求。瘤内（IT）递送平台已成为解决这些限制的一种有前途的方法，能够在肿瘤部位实现高治疗浓度且全身暴露最小。IT递送可以增强免疫治疗效力，减少irAEs，并允许系统给药无法耐受的协同药物组合。本综述旨在检查IT免疫治疗的优势和局限性，概述主要的IT递送平台，总结适合局部给药的治疗载体，并探索IT免疫治疗与外部能量模式的结合以改善抗肿瘤免疫反应。

2. 瘤内免疫治疗的原理、优势与局限性

2.1. 瘤内递送克服了限制系统免疫治疗的肿瘤微环境转运屏障

对IT免疫治疗日益增长的兴趣反映了一种更广泛的认识转变，即许多系统免疫疗法的局限性并非源于药物效力不足，而是源于TME的物理和生物屏障。系统给药的免疫疗法面临的一个主要挑战是其IT积累能力差，这源于TME的病理特征，如异常血管系统、间质高压和致密的细胞外基质（ECM）。例如，在骨肉瘤中，肿瘤相关成纤维细胞（TAFs）沉积的ECM成分会物理阻碍药物和免疫细胞的运输。同样，异常血管生成产生结构上不成熟且通透性高的血管，矛盾地降低了灌注效率，限制了循环治疗的递送。这些屏障限制了肿瘤免疫细胞浸润和持久性，以及系统治疗有效递送至肿瘤的效果。重要的是，由于基质异质性和血管功能障碍更为显著，这些转运屏障在人类肿瘤中往往比在小鼠模型中更为明显，这强调了绕过或重塑这些屏障的策略的转化相关性。最近的研究表明，局部调节这些结构限制可以直接增强系统细胞疗法的效力，证明了TME结构与免疫治疗疗效之间的相互依赖性。例如，IT给予葛根素负载的水凝胶可使肿瘤血管正常化，并显著改善静脉（IV）给药的嵌合抗原受体工程化（CAR）自然杀伤（NK）细胞的浸润和抗肿瘤活性。另一种策略涉及ECM的重塑。IT注射纳豆激酶通过实现更深层次的肿瘤穿透和更均匀的IT分散，增强了IV给药的CAR-T细胞的运输和分布。这些例子共同表明，战略性地从肿瘤内部重塑TME可以“解锁”系统免疫疗法的有效性，揭示了一个更广泛的原理：系统免疫疗法的失败通常是递送问题，而非药物问题。通过将治疗药物直接沉积在肿瘤中，IT递送平台绕过灌注瓶颈，实现对血管、基质和免疫生态位的靶向调节，否则这些部位难以到达。

2.2. 瘤内递送提高疗效同时降低毒性，实现更低剂量和联合治疗

系统免疫治疗的另一个主要限制是irAEs的风险，当免疫调节剂在肿瘤外激活免疫系统并触发健康组织的炎症时，就会发生这种情况。irAEs的范围从轻微的皮肤或胃肠道症状到危及生命的肺炎、肝炎和心肌炎，其发生率随着全身药物暴露量的增加而增加。这种剂量-毒性关系在临床上很明显，例如，高剂量伊匹木单抗（10 mg/kg）虽然改善了转移性黑色素瘤的总生存期，但与低剂量（3 mg/kg）相比显著增加了irAEs。这些发现说明了系统免疫治疗的一个核心限制：随着全身暴露的增加，其治疗窗口变窄。IT递送提供了一种机制上截然不同的方法，通过将免疫激活集中在肿瘤内同时限制其他部位的暴露，从而最小化脱靶免疫激活，以此拓宽这一治疗窗口。成像研究支持这一药代动力学优势，免疫正电子发射断层扫描显示，与IV给药相比，IT抗CTLA-4产生的循环抗体水平显著降低，同时保持了强大的IT结合。此外，IT给药可以用一小部分系统剂量实现治疗性IT浓度，进一步降低毒性风险。临床上，转移性黑色素瘤中的IT伊匹木单抗产生的反应率与IV治疗相当，尽管仅使用了10%的系统剂量，但3级及以上irAEs减少了近一半。总之，这些发现表明，将免疫激活空间限制在肿瘤内，使IT免疫治疗能够将抗肿瘤疗效与全身毒性解耦，从而在极低剂量下实现有效治疗。除了毒性，系统免疫治疗的另一个主要障碍是由肿瘤进化和免疫逃逸驱动的治疗耐药性。联合方案通过同时参与互补途径来克服这一限制，例如双重检查点阻断（CTLA-4和PD-1共抑制）可产生单一药物无法实现的临床反应。然而，组合的生物学效力也放大了毒性；系统联合给药加剧了肿瘤外的免疫激活，并急剧增加了irAEs的风险。IT递送提供了一种机制上截然不同的解决方案，即将多种免疫调节剂保留在肿瘤部位，重塑药物生物分布，在保留局部效力的同时减少脱靶免疫激活，从而允许系统给药无法耐受的组合。最近的临床前工作说明了这一优势：在4T1三阴性乳腺癌（TNBC）模型中，CD40和PD-L1抗体联合放疗（RT）的IT递送实现了与腹腔内（IP）给药相当的肿瘤控制，但诱导的肝脏炎症显著减少。总之，这些发现表明，IT免疫治疗不仅拓宽了治疗窗口并实现更低剂量，而且开启了克服治疗耐药性所需的联合策略，且不会产生过高的毒性。

2.3. 简单的基于盐水的瘤内注射缺乏有效局部治疗所需的滞留和可重复性

虽然IT递送可以克服系统方案的许多限制，但其最简单的形式——即用盐水直接注射可溶性治疗药物——也带来了自身的挑战。在临床上，基于盐水的IT注射已在多种肿瘤类型中进行了评估。简单注射因其无需手术、无植入装置且无需复杂的生物材料制剂而具有吸引力，从而最大限度地减少了与其他IT递送平台相比的手术负担和监管复杂性。然而，这种简单性伴随着重要的局限性，限制了疗效和临床实用性。一个主要的挑战是可溶性药物从肿瘤中极快的外流。由于低粘度制剂无法抵抗间质液流动，大部分注射物质在几分钟内就会从肿瘤中逸出。例如，在IT注射后30分钟，只有不到19%的游离Toll样受体（TLR）7/8激动剂保留在肿瘤中。这种快速泄漏不仅导致亚治疗暴露，还增加了系统药物水平，导致脱靶免疫激活和irAEs。这些药代动力学缺陷已产生临床后果，例如早期IT IL-12治疗头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）的试验遇到了意外的剂量限制性毒性，导致尽管是局部给药但仍停止或修改了试验入组。另一个关键限制是手动注射固有的高度临床变异性。IT分布很大程度上取决于注射角度、深度、速度、针头规格和肿瘤机械性能，即使是有经验的临床医生也会导致沉积不一致。肿瘤生物力学进一步加剧了这一问题：柔软、低压的肿瘤比致密、纤维化的病变允许更均匀的可注射流体扩散。这些局限性解释了为什么基于盐水的IT注射虽然在临床上容易实施，但往往无法实现持续的、局部的和可重复的药物递送。这促使了下一代IT递送平台的开发，旨在保留局部给药的程序优势，同时克服可溶性注射剂的药代动力学和机械缺陷。

2.4. 药代动力学不确定性、程序性障碍和有限的全身活性限制了瘤内免疫治疗

尽管存在上述优势，IT免疫治疗仍有几个限制其转化的局限性。一个长期存在的问题是，IT递送的药代动力学仍然不如系统给药那样明确。一旦给药，治疗药物在异质且通常空间上被破坏的肿瘤基质中扩散，导致高度可变的IT分布；这种异质性使得跨患者和肿瘤部位的剂量选择、风险预测和可重复性变得复杂。在大面积、坏死或灌注不良的肿瘤中，低灌注或物理隔离的区域可能治疗不足，即使在使用了高局部剂量的情况下也会限制总体疗效。程序复杂性代表了第二个障碍。虽然IT给药对于浅表或皮肤肿瘤很简单，但许多实体瘤需要图像引导注射或手术植入才能安全地接近病灶。这些工作流程可能引入后勤依赖，增加成本，并限制IT疗法的给药频率。此外，许多下一代IT递送系统，如水凝胶、支架和药物洗脱装置，引入了额外的监管考虑因素，涉及生物材料安全性、装置验证以及化学、制造和控制（CMC）监督，所有这些相对于传统注射药物都延长了开发时间线。最后一个挑战涉及全身活性和在可切除与不可切除疾病背景下的差异。在可切除的情况下，IT免疫治疗可以整合到新辅助或辅助方案中，以重塑TME、启动全身免疫并可能减少手术切除后的复发。相比之下，在不可切除或广泛转移的疾病中，例如通常被认为是全身性疾病的晚期乳腺癌，单个病灶的局部IT递送可能不足以解决播散性肿瘤负荷或循环肿瘤细胞。同时，IT疗法可能不仅仅支持免疫启动或局部控制，因为联合放疗正在积极探索其触发强效局部和全身抗肿瘤免疫的能力，这可能为全身性播散性疾病提供疗效。虽然在大量临床前研究中证明了这些强大的远隔效应，但临床确认仍不一致。目前尚不清楚在哪些条件下局部免疫激活能可靠地转化为持久的全身抗肿瘤反应，特别是在高转移负荷或免疫抑制性全身环境的患者中。此外，即使是在局部疾病的情况下，位于解剖学上难以到达或高风险部位的肿瘤可能不适合IT注射或装置植入，进一步限制了IT方法在某些病例中的可行性。这些局限性共同强调了一个重要的观点：IT递送不是系统免疫治疗的替代品，而是一种具有独特优势和限制的互补策略。虽然系统给药提供可预测的药代动力学、广泛的暴露和简单的给药/管理，但IT递送以程序复杂性和生物异质性为代价提供了空间精度和降低的毒性。这些挑战催化了多种下一代IT递送平台的开发，旨在改善滞留、控制空间分布并实现更可靠和有效的局部免疫调节。

3. 瘤内免疫治疗递送的工程平台

随着基于盐水的IT注射的局限性日益明显，一系列广泛的下一代IT递送平台应运而生，旨在增强局部滞留、控制空间分布并更有效地参与免疫区室。这些平台包括纳米颗粒系统、细菌载体和减毒微生物、溶瘤病毒（OVs）、设备辅助输注系统、水凝胶、可植入支架、药物洗脱种子和微针（MN）贴片。这些技术不仅仅是可互换的载体，而是体现了针对IT药物递送核心挑战的独特工程解决方案，利用压力驱动对流、聚合物网络降解、工程化免疫“生态位”或纳米限制扩散等原理来决定治疗药物的去向、保持活性的时间以及最终参与的免疫回路。因为这些系统在复杂性、制造要求和转化准备方面差异很大，理解它们的设计逻辑对于将正确的递送平台与正确的治疗目标相匹配至关重要。本节将对主要的IT递送平台进行批判性的、机制上的比较，检查每种技术的工作原理、定义其行为的关键材料和设计特征，以及其优势和局限性如何影响临床适用性。

3.1. 可注射平台改善局部免疫激活，但仍受限于推注瘤内递送的基本约束

可注射的IT递送平台涵盖合成纳米颗粒、生物衍生的细菌系统和复制 competent 的病毒载体。尽管架构不同，但它们都试图通过增强肿瘤滞留、塑造局部免疫激活以及实现对治疗分布的更大空间控制来改进自由溶解的注射剂。这些递送平台在参与TME的方式上有根本的不同：合成材料依赖于可编程的物理化学性质，细菌载体利用固有的佐剂性和肿瘤趋向性，而OVs则使用细胞内复制来放大免疫激活。虽然每种方法都比传统的生理盐水中的自由溶解药物提供了明显的机制优势，但这些递送平台共同展示了工程化可注射系统如何显著增强肿瘤滞留、局部免疫激活和TME内的空间控制。

3.1.1. 纳米颗粒能够可编程控制瘤内生物分布和免疫参与

纳米颗粒系统是IT免疫治疗中被探索最广泛的递送平台之一，因为它们提供了一个可编程的材料框架，其中尺寸、表面化学、可降解性和抗原结合能力可以被工程化以控制定位、运输和免疫参与，从而克服自由溶解注射剂的许多局限性。当系统给药时，纳米颗粒面临既定的递送屏障，限制其向肿瘤的积累。循环纳米颗粒被肝脏和脾脏中的单核吞噬细胞迅速清除，导致到达肿瘤的注射剂量不到1%。这些系统限制促使使用IT递送直接将纳米颗粒沉积在TME内的治疗相关浓度。在纳米颗粒的可编程设计参数中，尺寸在决定运输行为方面起着重要作用。非常小的纳米颗粒（<50 nm）很容易被间质液流动员并引流至肿瘤引流淋巴结（tdlns），从而实现抗原和免疫刺激剂共同递送到优化T细胞启动的部位。相反，较大的颗粒能更有效地保留在肿瘤间质中，这代表了优于自由溶解注射剂的关键优势，后者会迅速从注射部位扩散。第二个机制优势来自刺激响应性降解，它允许纳米颗粒在肿瘤特异性条件（如酸性pH、缺氧或升高的活性氧（ROS））下优先释放其载荷。这种肿瘤选择性激活的潜力提供了优于自由溶解注射剂的关键优势，后者由于缺乏空间控制的药物释放而可能泄漏并引起脱靶效应。然而，即使采用IT给药，纳米颗粒的剂量和空间分布仍然难以预测，因为间质压力、血管通透性和ECM结构的异质性导致跨肿瘤的分散不均匀、颗粒隔离和暴露曲线不一致，使剂量标准化和治疗可重复性复杂化。新兴策略开始通过预测和实时方法解决这一挑战。基于机器学习的模型可以根据纳米颗粒的物理化学特征和生物数据集预测器官和肿瘤水平的分布，为合理的、患者特异性的剂量策略提供路径。作为补充，下一代纳米颗粒系统结合可追踪或可激活的组件，能够直接体内可视化颗粒积累和释放动力学。总之，这些进展表明未来的纳米颗粒递送不仅是可编程的，而且是体内可预测和可监测的，从而提高剂量精确度和临床转化能力。

3.1.2. 细菌平台结合了肿瘤趋向性和固有的免疫刺激活性

纳米颗粒系统依赖于工程化材料，而细菌平台则利用生物进化的机制来改善定位和免疫激活。这些平台包括细菌外膜囊泡（OMVs）和减毒细菌菌株，它们不仅递送治疗载荷，还引入内源性病原体相关分子模式（PAMPs），在TME内驱动强烈的先天免疫激活。OMVs保留了革兰氏阴性菌的关键分子成分，共同充当多价TLR激动剂。除了提供类似纳米颗粒的尺寸多功能性以支持肿瘤滞留外，OMVs还作为自我佐剂的纳米囊泡，招募并激活树突状细胞（DCs），增强抗原呈递并促进协调的免疫激活。例如，基于OMV的微马达说明了OMVs如何超越被动滞留，积极改善IT分布和免疫激活。在该系统中，将大肠杆菌OMVs装载到自推进的镁微马达上，使平台能够在IT注射后物理破坏肿瘤组织，增强渗透和滞留，并同时递送富含PAMP的囊泡，这些囊泡成熟DCs，增加促炎细胞因子的产生，促进CD8⁺T细胞启动，同时减少TME中的调节性T细胞（Treg）丰度。减毒细菌菌株通过主动肿瘤趋向性扩展了这些优势，选择性地定植于大多数药物渗透不良的缺氧或坏死区域。一旦定植，细菌会放大炎症，分泌细胞毒性因子，并在高度刺激的背景下释放肿瘤抗原，从而比自由溶解的治疗药物增强局部和全身抗肿瘤免疫反应。例如，FOLactis是一种工程化的乳酸乳球菌，分泌FLT3L和OX40L，同时扩增DCs并激活T细胞，同时将浸润不良的肿瘤转化为致敏病变。早期临床结果证明了可行性，但也强调了转化挑战，如潜在播散、跨肿瘤类型的可变定植、生物制剂的批次间变异性以及严格的监管监督。

3.1.3. 溶瘤病毒通过复制驱动的免疫原性细胞死亡重塑肿瘤

与基本保持细胞外且无直接肿瘤细胞感染的细菌平台不同，OVs通过感染肿瘤细胞、在细胞内复制并诱导裂解性破坏而在细胞内发挥作用，从而驱动一种机制上截然不同的肿瘤重塑模式。OVs利用肿瘤细胞易感性启动复制驱动的免疫原性细胞死亡（ICD）周期，产生协调爆发的病毒PAMPs、损伤相关分子模式（DAMPs）、I型干扰素和肿瘤抗原，在TME内产生集中的“危险信号”。这一过程有效地将受感染的肿瘤细胞转化为抗原释放和炎症信号扩增的工厂，促进T细胞浸润和抗原呈递。重要的是，这种模式的作用取决于病毒趋向性、抗病毒干扰素敏感性和肿瘤细胞易感性，而不是缺氧或坏死，这使OVs区别于减毒细菌系统，使其特别适用于那些对微生物定殖者难以接近但保留完整病毒进入受体的肿瘤。工程化OVs可以被编程以在受感染的肿瘤细胞内分泌细胞因子、共刺激配体、趋化因子或双特异性衔接器，从而实现避免自由溶解注射剂相关的全身暴露和脱靶效应的局部给药。例如，一种表达透明质酸酶的痘苗病毒基OV降解了瘤周ECM成分，增加了免疫细胞浸润，并在多个小鼠模型中产生了优于非工程化对应物的抗肿瘤功效。因为载荷表达本质上与病毒复制相耦合，治疗释放被限制在受感染的肿瘤区域内以及时间上与溶瘤周期同步，提供了传统IT可注射递送平台无法实现的控制水平。临床验证的OVs说明了这种生物学如何转化为患者的获益。Talimogene laherparepvec (T-VEC)，一种表达GM-CSF的工程化HSV-1，可诱导局部肿瘤消退，增强DC募集，并可在黑色素瘤中产生全身抗肿瘤反应。较新的构建体，如vusolimogene oderparepvec (RP1)，通过融合糖蛋白（GALV-GP-R?）加速病毒传播并放大ICD，进一步放大了抗原释放和炎症信号。尽管有这些优势，OVs的疗效因肿瘤类型而异，因为病毒进入、易感性和对干扰素介导的抗病毒防御的敏感性在癌症之间存在显著差异。其他挑战，包括预先存在的抗病毒免疫力、中和抗体、载体特异性安全工程和严格的制造控制，进一步使临床转化复杂化，并突出了机制前景与患者一致治疗表现之间的差距。综上所述，OVs提供了一种复制 competent、自我放大的IT递送平台，能够紧密同步的抗原释放、先天免疫激活和TME重塑，这些特征不同于纳米颗粒载体和减毒细菌，将其定位为一个强大但不断发展的平台，其未来影响将取决于改善肿瘤选择性、克服抗病毒防御以及定义其独特生物学可被最有效利用的临床背景。

3.1.4. 可注射平台的持续局限性推动了更先进的瘤内递送平台的发展

尽管纳米颗粒、细菌载体和OVs通过增强肿瘤滞留和免疫激活改进了自由溶解的注射剂，但它们仍然受到推注IT注射的基本限制。所有可注射平台，无论是合成的、生物衍生的还是复制性的，最终都将流体沉积在机械异质的肿瘤中，其中针头位置、肿瘤密度和局部液压阻力决定了分布并限制了空间控制。此外，没有一个能提供持久的IT停留时间：纳米颗粒会排出或降解，细菌系统会被清除或失去活力，病毒活性随着新兴抗病毒免疫而下降，需要重复给药以维持治疗暴露。因此，虽然这些平台代表了比基于盐水的注射更有意义的进步，但它们并没有克服IT运输的潜在物理限制，这推动了能够持续停留、机械整合和空间控制释放的IT递送平台的开发。

3.2. 设备辅助输注通过利用连续流改善空间和时间药物分布在中枢神经系统肿瘤中克服扩散限制

设备辅助输注平台，包括对流增强递送（CED）和可植入渗透泵，通过利用连续、机械驱动的流动来克服实体瘤中扩散主导的运输，提供了基于工程的替代方案。这些系统主要是为中枢神经系统（CNS）恶性肿瘤开发的，其中紧密的间质结构和血脑屏障严重限制了系统药物访问。与依赖被动扩散的推注注射不同，设备辅助平台产生持续的压力梯度或渗透力，可以驱动治疗药物更深入地进入肿瘤组织，增加IT分布的可重复性，并在较长时间内维持局部药物暴露。

3.2.1. 对流增强递送通过驱动整体流动改善分布

CED使用立体定向放置的导管连接到外部注射器泵，通过正压输注产生整体间质流动，使治疗药物在肿瘤和周围实质中更均匀地分布。相比之下，推注IT注射完全依赖于被动扩散，这种运输模式从根本上不匹配CNS的生物物理约束。升高的间质压力、严格受限的细胞外间隙、异质的ECM密度和各向异性的白质束严重限制了扩散运输，导致大多数注射材料集中在针道附近，并产生陡峭的、临床上有问题的浓度梯度。通过将运输从缓慢的、扩散受限的扩散转变为压力驱动的对流，CED可以扩大可实现的分布体积，并减少对注射位置或操作者技术的依赖。直接的临床比较表明，在早期试验中，由于输注体积非常小，最小化了对流的贡献，CED并未优于推注注射。然而，临床前研究更清楚地突出了CED的机制优势。在携带胶质瘤的大鼠中，同步辐射CT成像表明，CED产生了比推注注射更均匀和可控的分布，说明持续压力梯度如何克服CNS间质的限制性特性。CED相对于推注IT注射的另一个主要优势是延长时间暴露的能力，使得治疗性药物能够持续存在，否则在推注注射后会迅速被清除。例如，在一项I期试验中，持续CED输注溶瘤腺病毒Delta24-RGD超过44-66.7小时，使得病毒持久