惡性胸腔積液（MPE）是晚期腫瘤的常見表現之一，以非小細胞肺癌（NSCLC，36%）、乳腺癌（26%）和淋巴瘤（13%）最為常見。MPE會引起患者咳嗽、胸痛、呼吸困難和乏力等癥狀，嚴重影響患者的生活質量和預后，有研究表明，MPE患者的中位生存期僅為5個月。
MPE的傳統治療方法主要以緩解呼吸困難癥狀為主，如胸腔穿刺引流、胸膜固定，但療效欠佳，且不良反應多、復發率較高。
隨著免疫時代的到來，專家們根據免疫微環境中CD3和CD8淋巴細胞的浸潤程度，將腫瘤分為“熱”腫瘤（高度浸潤）和“冷”腫瘤（非浸潤性），“熱”腫瘤對免疫治療的反應性更好，將“冷”腫瘤變熱成為腫瘤免疫治療的新突破口[3]。MPE的腫瘤微環境中含有大量促瘤髓系免疫細胞和免疫抑制細胞因子，具有較強的免疫抑制作用，屬于“冷”腫瘤[1]。
MPE的免疫治療除了PD-1/PD-L1抑制劑[4]，科學家還嘗試通過胸腔內注射免疫刺激物（如細菌抗原、促炎細胞因子、溶瘤病毒或腺病毒細胞因子基因）來增強MPE的抗腫瘤免疫[5， 6]。但這些方法要么不能很好地增強免疫，要么引起嚴重的不良反應。因此，尋求一種能有效地將“冷”腫瘤變熱的新胸腔內治療方法，對于改善MPE的免疫治療至關重要。
為此，來自美國維克森林醫學院的Dawen Zhao教授團隊開發了一種新的胸腔內治療方法，這項研究成果近期發表在Nature Nanotechnology雜志上。
他們合成了一種含環二核苷酸（CDN）的脂質體納米顆粒（LNP-CDN），胸腔內注射LNP-CDN能夠改善腫瘤的“冷”免疫，提高腫瘤免疫治療的療效。
我們都知道，干擾素基因刺激因子（STING）通路在抗腫瘤免疫中起著重要作用，而CDN能夠連接STING，并激活STING途徑和I型干擾素（IFN）的產生，發揮抗腫瘤免疫作用。基于此，有研究發現腫瘤內注射CDN可以增強實體腫瘤的抗腫瘤免疫效果，但還沒有研究探索胸腔內注射CDN的作用。
科學家們注意到在MPE中使用CDN存在的一個問題：游離CDN不穩定，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。這使得胸腔內注射游離CDN受到了限制。
為了解決這一問題，Zhao教授團隊合成了一種LNP-CDN，這種納米顆粒能保護CDN不被MPE的酶降解，使其在MPE中表現出良好的藥代動力學特征，并可以選擇性靶向胸腔內的巨噬細胞和樹突狀細胞。
Zhao教授團隊通過建立Lewis肺癌小鼠的MPE模型，向小鼠的胸腔內注射被DiR標記的LNP-CDN后，發現LNP-CDN主要停留在胸部，持續至少48小時，血液和其他主要器官也有少量的LNP-CDN。然后收集MPE中的免疫細胞，他們發現LNP-CDN能夠靶向MPE中的CD11c+巨噬細胞和樹突狀細胞。不僅如此，LNP-CDN還可以增強腫瘤引流淋巴結中的細胞毒性T細胞交叉活化。
為了了解胸腔內注射LNP-CDN對MPE中免疫細胞和免疫反應的影響，Zhao教授團隊進行了單細胞RNA測序、流式細胞術和ELISA。他們發現注射48小時后，MPE中出現20個不同的細胞簇，包括腫瘤細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞、NK細胞、CD4+T細胞、CD8+T細胞和B細胞等各種免疫細胞。
其中巨噬細胞最多，可分為6個亞群，LNP-CDN可以誘導巨噬細胞復極化和分型，使M2向M1轉化。此外，他們還發現LNP-CDN和PD-L1抑制劑聯合胸腔內注射可以進一步增加M2向M1的轉化。
除了對髓系細胞的作用外，LNP-CDN還能使MPE中的CD8+T細胞和NK細胞擴增，誘導CD8+T細胞活化和NK細胞成熟。另外，LNP-CDN還使得MPE中促炎細胞因子和趨化因子水平升高（如I型IFN、IFN-γ、IL-2、IL-12等）。
這些結果表明胸腔內注射LNP-CDN可以改善MPE的“冷”免疫，增強CD8+T細胞和NK細胞的細胞毒性。
接下來，Zhao教授團隊進一步分析胸腔內注射LNP-CDN對免疫治療效果的影響，他們發現胸腔內注射LNP-CDN或PD-L1抑制劑都能抑制腫瘤生長和MPE進展，兩藥聯合注射能進一步減少MPE的生成和胸膜腫瘤負荷，延長MPE小鼠的存活時間。免疫組化顯示，聯合治療誘導的細胞凋亡明顯增多，血管正常化基因和抗血管生成基因的表達上調，促血管生成基因表達下調。
除此之外，兩藥聯合的胸腔內給藥還抑制了肺部腫瘤的生長，表明抗腫瘤作用不僅限于胸腔內，還能擴展到肺實質。
最后，Zhao教授團隊收集了5名NSCLC患者的MPE樣本，在人體腫瘤中進一步驗證上述實驗結果。
他們首先檢測了MPE樣本中的免疫細胞和細胞因子，證實了MPE的“冷”免疫。然后將LNP-CDN與MPE混合，流式細胞術顯示LNP-CDN被單核細胞/巨噬細胞和樹突狀細胞所攝取，并誘導M1相關基因的表達增加，激活NK細胞，從而增強了對腫瘤細胞的溶解作用。加入PD-L1抑制劑后，NK細胞的細胞毒性作用進一步增強。這提示LNP-CDN在人類MPE中具有潛在的治療作用。