《BIOMATERIALS RESEARCH》：Recent Tumor Necrosis Factor-Related Apoptosis-Inducing Ligand Engineering Strategies for Precise Strike Therapy against Tumor
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本文综述了 TRAIL 递送平台的研究进展，探讨其临床应用挑战并展望未来方向。
引言
癌症作为全球范围内复杂且普遍的健康难题，常规化疗存在缺乏癌细胞选择性、易损伤健康组织、依赖 p53 基因等局限，寻找替代疗法迫在眉睫。肿瘤坏死因子（TNF）相关凋亡诱导配体（TRAIL）和 Fas 配体（FasL）属于 TNF 超家族，可诱导癌细胞外源性凋亡，且不依赖 p53 突变。但 FasL 全身毒性高，TRAIL 成为更安全的癌症治疗选择。
TRAIL 能特异性结合癌细胞表面的死亡受体 DR4 和 DR5，引发细胞内凋亡信号通路，招募死亡诱导信号复合物（DISC），激活 caspase - 8，进而启动 caspase 级联反应，促使癌细胞凋亡。而正常细胞因拥有诱饵受体（DcR1 或 DcR2）可逃避 TRAIL 的脱靶效应。尽管 TRAIL 具有肿瘤选择性凋亡诱导特性，但临床应用受限，其在血液中的半衰期短、稳定性差，难以有效递送至肿瘤部位。例如，重组人 TRAIL（rhTRAIL）在实体瘤患者体内半衰期不足 1 小时，需频繁给药或加大剂量，易导致脱靶效应和毒性。同时，肿瘤微环境（TME）复杂，异常的血管、高间质压力和致密的细胞外基质阻碍了 TRAIL 的有效渗透和滞留。
为解决这些问题，众多研究聚焦于工程策略以改善 TRAIL 递送和疗效，包括利用纳米颗粒（NPs）、凝胶和细胞载体等先进生物材料介导的药物递送系统，旨在克服 TME 的结构和生理屏障，实现肿瘤的精准定位。
临床试验中 TRAIL 疗法的现状
基于 TRAIL 能选择性诱导癌细胞凋亡且对正常细胞毒性小的特点，多种 rhTRAIL 蛋白和 DR4/DR5 结合激动性抗体在临床前模型和临床试验中得到评估。这些疗法在临床试验中展现出安全性和耐受性，如 rhTRAIL 全身给药对动物毒性小，针对 TRAIL 受体的激动性抗体在多种实体瘤治疗中也表现出一定安全性。
然而，TRAIL 疗法仍面临诸多挑战。在临床试验中，部分患者对 rhTRAIL 及其变体的治疗反应有限，如 dulanermin 在非小细胞肺癌（NSCLC）治疗中，单独使用或联合化疗时，部分缓解（PR）或完全缓解（CR）率较低，且联合化疗效果并不优于单纯化疗。类似地，循环排列的 TRAIL 在多发性骨髓瘤治疗中疗效不佳。TRAIL 受体（TRAIL - R）靶向激动性抗体在临床试验中的抗癌效果也不理想，如 mapatumumab、lexatumumab、conatumumab 和 tigatuzumab 等，在 NSCLC 治疗中总体缓解率（ORR）不高，lexatumumab 在实体瘤治疗中甚至未出现 CR 和 PR。
rhTRAIL 临床转化的主要挑战之一是其极短的半衰期，这导致其在肿瘤部位积累不足，主要原因是其分子尺寸小，易被肾脏快速清除。而单克隆抗体由于其二价性质，只能结合 2 个 TRAIL 受体，无法有效诱导死亡受体三聚化形成强大的 DISC，导致凋亡信号传导减弱，抗癌疗效受限。这些结果表明，需要创新的递送策略来提高 TRAIL 的抗癌疗效，生物材料介导的递送技术为此提供了新的思路。
癌症治疗中新型 TRAIL 递送策略
固体纳米颗粒
纳米颗粒（NPs）作为递送平台，可降低细胞毒性，减少肾脏清除，通过延长 TRAIL 半衰期和增强肿瘤靶向能力，提升基于 TRAIL 的癌症治疗效果。NPs 的尺寸和表面功能化是影响其性能的关键因素。尺寸方面，小于 5 - 6nm 的颗粒易被网状内皮系统（RES）清除，10 - 200nm 的颗粒可利用增强的通透性和滞留（EPR）效应在肿瘤部位积累，70nm 以下的 NPs 肿瘤积累效果更佳，小于 20nm 的 NPs 能更深入穿透肿瘤组织。表面功能化方面，聚乙二醇化（PEGylation）可增强 NPs 的稳定性和循环持久性，使其逃避 RES 的清除，还能为后续连接靶向基团提供位点。
美国食品药品监督管理局（FDA）批准的氧化铁 NPs 因具有高生物相容性和优越的磁性，被广泛用作 TRAIL 载体。例如，TRAIL 与氧化铁 NPs 结合（NP - TRAIL）可增强在胶质瘤细胞中的凋亡活性，在体外和体内实验中均能有效靶向并诱导胶质瘤细胞凋亡，这得益于 NP 共轭提高了 TRAIL 的稳定性和在肿瘤内的保留时间，使其能更好地与胶质瘤细胞表面的死亡受体相互作用。此外，氧化铁 NP 介导的 TRAIL 递送还能通过 ROS / 自噬依赖途径上调 DR5 表达，恢复 TRAIL 介导的凋亡途径敏感性。如 Shi 等人研究发现，TRAIL 共轭氧化铁 NPs（NanoTRAIL）在结肠癌细胞中可产生 ROS，促进 JNK - 自噬 - DR5 信号通路的上调，增强凋亡，在结肠癌异种移植模型中显著抑制肿瘤生长。
NPs 的靶向可通过被动和主动机制实现。被动靶向借助 EPR 效应使 NPs 在肿瘤部位积累，但存在脱靶风险。主动靶向则通过在 NPs 表面功能化与肿瘤特异性受体结合的配体来增强特异性，如 Duan 等人设计的 RGD - TRAIL@MMBs，利用精氨酸 - 甘氨酸 - 天冬氨酸（RGD）对整合素的靶向作用，结合磁性微泡（MMBs）的多层结构，实现了对结肠癌细胞的有效靶向和凋亡诱导，同时具备超声（US）和磁共振成像（MRI）功能，提升了癌症诊断和治疗效果。
除了重组 TRAIL 蛋白，TRAIL 编码质粒 DNA 也可整合到 NP 平台。例如，利用氯毒素（CTX）增强对胶质母细胞瘤（GBM）细胞的靶向性，功能化壳聚糖稳定颗粒，防止聚集，改善生物分布并延长血液半衰期。CTX 与 MMP - 2 结合，不仅有助于肿瘤靶向，还能促进穿越血脑屏障（BBB），使 TRAIL - CTX 包被的氧化铁 NPs 在小鼠 GBM 模型中显著抑制肿瘤生长，诱导肿瘤组织凋亡。
氧化铁 NPs 还可通过磁热（MHT）和光热（PT）过程产热。如 TRAIL 共轭氧化铁纳米团簇（NC@TRAIL）在 PT 作用下，能增强对乳腺癌细胞的促凋亡活性，与单独使用 TRAIL 或 NCs 相比，联合 PT 治疗显著增加细胞死亡，通过激活 NC@TRAIL 产生的局部热热点破坏癌细胞膜，实现靶向凋亡，为远程控制的肿瘤特异性热疗提供了新途径。不过，氧化铁 NPs 存在非特异性积累于肝脏和脾脏以及体内清除机制不明确等问题。
基于凝胶的策略
光热疗法在癌症治疗中虽有一定效果，但受限于光穿透深度和可能对正常组织造成热损伤。将 TRAIL 封装在载体（如凝聚层（Coas）或水凝胶）中并添加癌症靶向基团，可实现 TRAIL 的局部递送和保护，解决其半衰期短的问题。
凝聚层（Coa）是一种通过静电相互作用形成的自组装球形聚电解质复合物。基于聚（乙烯精氨酰天冬氨酸二甘油酯）（PEAD）的 Coa 生物相容性好，可控制货物释放。例如，甲氧基聚（乙二醇）共轭的 Coas（mPEG - Coas）能稳定封装 TRAIL，在正常 PBS 环境中缓慢释放，在 TME 的高钠浓度环境下则快速释放。mPEG - Coas 对 TRAIL 的生物活性具有保护作用，在蛋白酶稳定性测定中，TRAIL 负载的 mPEG - Coa 在胰蛋白酶处理后保留的生物活性高于未保护的 TRAIL。经 mPEG - Coas 介导的 TRAIL 递送显著抑制 HCT - 116 结肠癌细胞的增殖。
水凝胶作为 TRAIL 封装载体，能保护 TRAIL 免受生理环境的破坏，其柔软灵活的特性提高了生物相容性，还可整合多种生物活性物质实现联合治疗。水凝胶的物理性质可调节，能根据特定环境信号（如酸性环境、紫外线（UV）光、近红外（NIR）光等）控制货物释放。例如，共递送 TRAIL 和水蛭素（Hirudin）的水凝胶在三阴性乳腺癌模型中展现出协同治疗效果，水蛭素抑制血管生成，TRAIL 诱导凋亡，两者联合使 MDA - MB - 231 细胞的凋亡率显著提高，在小鼠模型中实现了更有效的肿瘤抑制。
修饰纳米凝胶表面可增强癌症靶向能力。如开发的肿瘤基质靶向一氧化氮纳米凝胶（LQT - TRAIL - NO@Nanogel），通过将 LQT28 肽共轭到纳米凝胶表面，实现了对肿瘤的特异性靶向，有效递送一氧化氮（NO）和 TRAIL，降低胰腺导管腺癌（PDAC）肿瘤体积，改善 TRAIL 在肿瘤核心的渗透，增强了基于 TRAIL 的联合治疗的抗肿瘤效果。
基于细胞的 TRAIL 递送载体
免疫系统中的细胞能识别健康细胞和癌细胞，主要组织相容性复合体 I 类（MHC - I）在这一过程中发挥关键作用，免疫细胞可通过 MHC - I 与 T 细胞受体的相互作用识别并清除癌细胞。
免疫细胞作为 TRAIL 递送载体，相较于传统细胞 - 药物结合物具有优势。传统免疫细胞表面功能化化疗药物存在涂层不均、药物释放方向性依赖以及载体细胞内化药物导致细胞毒性等问题。而 TRAIL 通过与肿瘤细胞表面的特异性死亡受体结合诱导外源性凋亡，正常细胞因诱饵受体的存在可避免凋亡。基于细胞的 TRAIL 递送策略能实现肿瘤部位的高浓度 TRAIL 递送，减少脱靶效应，降低对健康组织的损伤。同时，肿瘤转移是癌症治疗的重大挑战，循环肿瘤细胞（CTCs）在血液中的存在是肿瘤转移的关键因素，细胞载体有望在血液中稳定发挥作用，清除 CTCs。
基因工程活细胞
基因工程修饰免疫细胞表达关键信号配体和受体，可增强对实体癌的治疗效果。例如，Zhu 等人开发的表面工程巨噬细胞（Tri - TRAIL - iM），通过肿瘤条件特异性启动子 Arg1 在 TME 中诱导表达三聚体 TRAIL。在正常培养条件下，TRAIL 表达水平低，而在肿瘤条件培养基刺激下，表达水平显著升高。Tri - TRAIL - iM 在体外和体内对多种癌细胞系（如乳腺癌 4T1 细胞、黑色素瘤 B16 细胞、结肠癌 CT26 细胞）均表现出高度特异性的抗癌活性。
间充质干细胞（MSCs）因其低免疫原性和向肿瘤部位迁移的能力，成为 TRAIL 递送的理想细胞载体。MSCs 缺乏人类白细胞抗原 - DR（HLA - DR）和关键共刺激分子，降低了宿主免疫排斥风险。通过转染编码可分泌形式 TRAIL 的质粒，MSCs 可抑制大鼠胶质瘤（C6）细胞的增殖。到达 TME 后，MSCs 释放 TRAIL，与肿瘤细胞表面的死亡受体结合，发挥靶向治疗作用。但干细胞疗法也存在局限性，如增强 MSCs 向肿瘤部位的迁移需要激活炎症反应，且干细胞缺乏 MHC I 类表达易被自然杀伤细胞攻击，有待进一步研究解决。
活细胞表面脂质体附着
基因修饰虽可增强 TRAIL 分泌，但存在病毒载体可能导致意外肿瘤发生、转染效率难以精确控制且存在细胞类型依赖性差异等问题。生物材料介导的细胞表面工程技术为细胞表面修饰提供了新选择，其中基于脂质的生物材料具有优势。脂质锚对细胞无毒，不影响细胞固有特性，能在 30 分钟内均匀包裹细胞表面，保留细胞关键功能。
利用脂质体将 TRAIL 整合到免疫细胞表面，并修饰癌症靶向配体，可增强靶向能力。例如，在脂质体表面修饰 E - 选择素（ES）和 TRAIL（ES/TRAIL liposomes），ES 可使脂质体在生理剪切流条件下与白细胞结合，TRAIL 用于靶向癌细胞消除。这种修饰后的白细胞对正常内皮细胞无脱靶效应，在体外对 COLO 205 结肠癌细胞和 PC - 3 前列腺癌细胞具有更强的杀伤效果，在体内实验中也有效减少了癌细胞数量，提高了癌症细胞凋亡率。
类似地，ES/TRAIL 功能化脂质体（ETLs）在三阴性乳腺癌细胞转移模型中表现出良好的抗转移效果，与可溶性 TRAIL 和裸脂质体相比，显著降低了癌细胞的存活率，减少了肿瘤转移负担。
血小板通常促进癌症转移，但通过开发 TRAIL 修饰的血小板，可利用其与循环肿瘤细胞（CTCs）的粘附特性，将 TRAIL 递送至 CTCs，诱导其凋亡。例如，利用 vWF A1 结构域与血小板受体复合物 GPIb - IX - V 的结合，制备 TRAIL 修饰的血小板，在体外实验中有效消除了患者血液中的 CTCs。
自然杀伤（NK）细胞作为 TRAIL 递送载体具有独特优势，其免疫反应可控，肿瘤归巢能力强，能有效减少并发症，提高治疗效果。TRAIL 共轭脂质体与 NK 细胞结合，对奥沙利铂耐药的 SW620 细胞和转移性 COLO 205 结肠癌细胞具有显著的凋亡诱导作用，在淋巴系统中表现出良好的治疗效果，且在脾脏和肿瘤引流肠系膜淋巴结中能长时间存在，具有持续的治疗潜力。
结论与展望
基于 TRAIL 的递送策略利用纳米颗粒、凝胶和细胞等多种载体取得了一定进展，但在临床应用中仍面临挑战。
首先，TRAIL 的释放动力学需精确控制，可通过开发利用特定触发机制（如 pH、酶活性）的先进工程基质，实现可编程的释放曲线，确保在肿瘤区域达到最佳释放速率。
其次，载体的免疫原性和潜在毒性不容忽视。常用的 PEG 化生物材料虽能增强稳定性和延长半衰期，但 PEG 可能在部分患者中引发免疫反应。因此，开发替代材料，在保持 PEG 有益特性的同时降低免疫原性，对生物材料载体的广泛安全应用至关重要。
最后，癌症细胞中靶标标记群体的异质性影响治疗效果。TRAIL 疗法依赖于癌细胞表面 TRAIL 受体的表达，但不同癌症的受体表达水平存在差异，低表达可能导致癌细胞存活和增殖。联合 TRAIL 疗法与其他癌症靶向药物或诊断标记物，有望提高治疗效果，更有效地消除癌细胞。
综合来看，精准设计 TRAIL 递送平台为未来研究和临床发展带来了新的希望，有望推动基于 TRAIL 的癌症治疗取得更大突破。
