综述：基于金属的纳米药物用于癌症免疫治疗：智能纳米系统、免疫调节机制与转化前景

　　癌症免疫治疗的临床获益主要受限于低响应率和免疫抑制性肿瘤微环境（TME）。铁、锰、铜、锌等金属元素作为人体必需的微量营养素，在免疫细胞的发育和效应功能中发挥关键调节作用，由此催生了金属免疫学这一交叉学科。然而，游离金属离子较差的肿瘤靶向能力、高全身毒性以及快速

　　癌症免疫治疗的临床获益主要受限于低响应率和免疫抑制性肿瘤微环境（TME）。铁、锰、铜、锌等金属元素作为人体必需的微量营养素，在免疫细胞的发育和效应功能中发挥关键调节作用，由此催生了金属免疫学这一交叉学科。然而，游离金属离子较差的肿瘤靶向能力、高全身毒性以及快速的体内代谢严重阻碍了其临床转化。本综述系统总结了金属纳米药物作为智能递送系统在肿瘤免疫治疗中的研究进展，从工程学角度概述了纳米平台的设计范式，涵盖微环境响应性释放、主动靶向策略及多功能整合概念。研究人员阐明了金属离子通过诱导免疫原性细胞死亡（ICD）、激活干扰素基因刺激因子（STING）信号通路、重塑代谢微环境等分子机制调控抗肿瘤免疫的途径，并探讨了金属纳米药物与免疫检查点阻断（ICB）、光热治疗（PTT）或光动力治疗（PDT）联合的协同策略。与以往综述常单独聚焦于金属离子的免疫学功能或纳米载体的工程学设计不同，本综述提供了一个整合框架，明确关联了金属离子类型、免疫通路参与、纳米平台设计参数及转化障碍。该框架的核心是一个机制-设计匹配原则，将每条免疫激活通路的特定时间与强度要求与定制化的材料选择和释放动力学相连接。这些免疫效应具有情境依赖性，可能在选定的临床前模型中有所差异。本文整合了金属生物学、纳米医学与肿瘤免疫学，为智能金属免疫治疗药物的精准设计提供了理论框架，同时指出了临床转化的关键挑战，如治疗安全窗口和金属稳态补偿机制。

　　金属离子作为辅因子或信号分子，广泛参与免疫细胞的发育、激活和效应功能。锰、铁、铜、锌等金属离子可在肿瘤免疫应答的多个关键节点进行干预，形成多靶点、相互关联的调控网络。理解这些离子机制间的共性与差异对于智能纳米递送系统的设计至关重要。

　　在先天免疫通路激活方面，锰离子和锌离子均能激活环状GMP-AMP合酶（cGAS）-STING通路，但作用机制显著不同。锰离子作为cGAS的第二信使，增强其对双链DNA的敏感性，催化产生环状GMP-AMP（cGAMP），从而激活STING并诱导I型干扰素和促炎性细胞因子，在选定的临床前模型中使锰离子成为直接的STING激动剂。相比之下，锌离子激活STING的途径更为间接：通过以剂量依赖方式诱导线粒体功能障碍和氧化性线粒体DNA（mtDNA）损伤，使mtDNA泄漏至胞质，从而间接激活cGAS-STING通路。这种损伤-释放-识别级联不仅激活先天免疫，还同时触发ICD，将先天免疫激活与适应性免疫启动相偶联。两种离子激活STING的动力学和强度不同：锰离子诱导更快、更直接的信号传导，而锌离子则与更显著的线粒体应激相关。在细胞死亡通路调控方面，铁离子和铜离子分别诱导铁死亡和铜死亡。这两种调控性细胞死亡均具有免疫原性，但在免疫激活强度、时间窗口及伴随的危险信号谱上存在差异。亚铁离子通过Fenton反应产生过量ROS，导致脂质过氧化物积累，最终在选定的临床前模型中引发铁死亡。该过程的免疫原性具有明显的时间依赖性：在诱导某些肿瘤细胞系铁死亡后1小时内，细胞释放高迁移率族蛋白B1（HMGB1）和ATP，有效促进树突状细胞（DC）成熟，而24小时后这些效应消失。铜离子则通过直接结合三羧酸循环（TCA）中的酰化蛋白（如二氢硫辛酰胺S-乙酰转移酶（DLAT））诱导铜死亡，导致异常蛋白聚集和线粒体功能障碍。此外，铜离子可通过NF-κB通路上调肿瘤细胞中程序性死亡配体1（PD-L1）的表达，尽管此效应具有情境依赖性，并随肿瘤类型、铜浓度和治疗方案而变化。在免疫细胞功能调控方面，锌离子在肿瘤相关巨噬细胞（TAM）的极化中发挥独特作用，促进TAM从M2促肿瘤表型向M1抗肿瘤表型转变。锌离子与氨基酸形成的配位复合物通过调节细胞内钾和钙离子浓度促进DC成熟。值得注意的是，锌离子对CD8+T细胞具有剂量依赖的双刃剑效应：在适当浓度下增强T细胞活化和细胞因子分泌，而过高的浓度可能诱导氧化应激和T细胞凋亡。这些机制并非互斥，不同金属离子组合可能产生协同或拮抗作用。

　　游离金属离子的直接应用受限于靶向性差、高全身毒性和快速代谢。纳米技术提供了多种材料平台来克服这些障碍。根据组成和结构特征，金属基纳米平台主要分为无机金属纳米颗粒、金属有机框架（MOFs）、单原子纳米酶以及掺杂或螯合金属离子的有机纳米载体。不同类型材料在金属离子负载能力、释放行为、生物相容性和免疫调节效率方面各有优劣，选择需针对预期的治疗机制。无机金属纳米颗粒（如氧化铁纳米颗粒、氧化锰纳米颗粒、金纳米颗粒）是最广泛研究的一类，制备工艺相对简单，理化稳定性高，部分已获临床批准或处于临床试验阶段。MOFs由金属离子或团簇与有机配体通过配位键自组装形成，具有极高的比表面积和孔隙率，能高效负载金属离子和小分子药物，其结构可调性允许精确控制金属离子的配位环境和释放行为。单原子纳米酶是新型材料，将单个金属原子分散锚定在固体载体上，结合了天然酶的催化活性和纳米材料的设计灵活性，能在TME中催化产生ROS（如羟基自由基），诱导ICD，同时避免游离金属离子的全身暴露。掺杂或螯合金属离子的有机纳米载体通过配位或包封将金属离子整合至聚合物纳米颗粒、脂质体等有机载体中，兼具有机载体的优良生物相容性和金属离子的免疫调节功能。总体而言，金属基智能纳米递送系统的设计策略包括四个核心维度：材料类型选择、靶向策略、TME响应性释放以及多功能整合。其中，靶向策略包括被动靶向（EPR效应）和主动靶向（抗体、转铁蛋白、适配体、肽段、仿生细胞膜伪装等）。TME响应性释放可分为pH响应、氧化还原响应（GSH或ROS响应）、外源性物理信号响应（光热、磁刺激）或多响应组合。多功能整合将PTT、PDT、免疫治疗相结合，或共递送免疫刺激剂和小分子药物。

　　实现金属离子的肿瘤选择性积累是降低全身毒性、提高疗效的前提。被动靶向主要依赖肿瘤组织的EPR效应，使粒径20-200 nm的纳米颗粒优先在肿瘤部位富集。主动靶向通过修饰纳米颗粒表面与肿瘤细胞或TME组分特异性结合的配体来进一步增强富集和内化效率。常用配体包括抗体（如抗CD44抗体修饰的三金属纳米酶）、转铁蛋白（如转铁蛋白修饰的金纳米星）、适配体和肽段。新兴的细胞膜仿生伪装策略（如中性粒细胞膜包被的纳米平台）可利用膜表面β1整合素靶向肿瘤血管内皮细胞上的血管细胞黏附分子-1（VCAM-1），同时延长体内循环时间。主动靶向可显著提高纳米颗粒的肿瘤积累和内化，但配体选择、偶联过程和潜在免疫原性需仔细优化。

　　响应性纳米系统可响应TME特有的病理特征，实现金属离子的按需控制释放，从而提高治疗精度、降低全身毒性。内源性响应包括pH响应、GSH响应和酶响应。pH响应系统最为常见：肿瘤组织因糖酵解增强而呈弱酸性，胞外pH约6.5-6.8，内涵体或溶酶体pH低至4.5-5.5。pH敏感脂质体包封的Ga基MOF负载Mn2+在酸性环境中发生膜构象变化，促进纳米颗粒与肿瘤细胞融合。氧化还原响应系统利用肿瘤细胞内高浓度GSH（2-10 mM）还原裂解二硫键等响应基团。酶响应系统利用TME中特异性过表达的基质金属蛋白酶和组织蛋白酶触发载体降解。外源性响应通过光、热、磁等物理信号实现精确的时空控制，不受肿瘤异质性影响，但需额外设备且光穿透深度有限。多响应系统整合上述机制，实现基于信号强度的分级响应。

　　金属纳米药物可通过诱导ICD或直接激活STING通路将冷肿瘤转化为热肿瘤，突破ICI耐药屏障。例如，ZIF-8纳米颗粒在酸性TME中降解，释放锌离子和共负载的PD-L1小干扰RNA（siRNA）。锌离子通过诱导细胞内渗透压失衡和ROS爆发触发细胞焦亡，释放的危险信号促进DC成熟和细胞毒性T细胞浸润；同时PD-L1 siRNA下调肿瘤细胞表面PD-L1表达，缓解免疫逃逸。另一策略利用钴离子激活cGAS-STING通路，构建pH响应纳米团簇共载钴离子和仑伐替尼，后者通过抑制MNK1-eIF4E通路下调PD-L1翻译并促进血管正常化。

　　金属纳米材料兼具优异的光热转换特性和免疫调节功能。NanoCo是一种近红外II区（NIR-II）光激活的钴(III)纳米药物，在1064 nm激光照射下光热转换效率高达64.2%，同时加速非毒性Co(III)还原为细胞毒性Co(II)，实现化疗与PTT的时空耦合，并诱导ICD、促进DC成熟和T细胞应答。在4T1荷瘤小鼠中，NanoCo联合人血清白蛋白包封的铂类药物和光照治疗实现完全肿瘤消退并诱导长期免疫记忆。细菌-金属纳米材料杂合体（如乳酸菌工程化的镓基液态金属纳米复合物Lacto-LM）利用细菌来源的病原体相关分子模式（PAMPs）作为内在免疫刺激剂，与光热效应协同增强抗肿瘤免疫。

　　金属纳米材料可作为放射增敏剂或化疗药物载体，将局部治疗与免疫应答耦合。Chen R.等设计的X射线响应性锰-金双金属纳米组装体（sMnAu NAs）通过含二硒键的交联剂将约140 nm的MnAu纳米颗粒交联成纳米组装体，经EPR效应在肿瘤内高效富集；X射线照射使二硒键断裂，组装体解离为约6 nm的小颗粒，实现深层肿瘤穿透。解离的MnAu合金纳米颗粒通过金增强局部能量沉积进行放疗，同时可控释放Mn0，在弱酸性TME中迅速转化为Mn2+。Mn2+通过类Fenton反应增强ROS产生，加剧氧化损伤，同时激活cGAS-STING通路，将辐射诱导的DNA损伤转化为持续的先天免疫信号。

　　金属纳米材料可通过体外短暂调节T细胞内的金属离子稳态，在不改变受体特异性的前提下增强效应功能。Gong等使用锌纳米颗粒体外短暂预刺激T细胞，引起细胞内Zn2+浓度瞬时升高，诱导线粒体代谢重塑和信号通路重新调控，增强T细胞效应功能相关基因表达，而不诱导氧化应激或凋亡。预处理的T细胞在多种效靶比下表现出增强的肿瘤杀伤能力，并分泌更高水平的IL-2、IFN-γ和TNF-α。在小鼠黑色素瘤模型中，输注预处理T细胞可延缓肿瘤生长并延长生存期。

　　金属纳米药物的协同效应可归因于三种相互关联的作用机制：一是诱导ICD释放肿瘤抗原和危险信号，激活DC并启动适应性免疫；二是直接操纵先天免疫信号通路（特别是cGAS-STING轴），将局部治疗诱导的损伤信号转化为持续的I型干扰素反应；三是直接调节免疫细胞自身功能和代谢（如体外预处理T细胞、调控TAM极化状态）。这三种机制并非互斥，金属离子诱导的ICD可进一步放大STING通路激活信号，而STING通路激活又促进DC对死亡细胞抗原的交叉呈递，形成正反馈环路。

　　金属基免疫治疗仍处于早期发展阶段，但部分金属纳米药物已进入临床试验。目前进展最快的是氧化铁纳米颗粒和金纳米颗粒。超顺磁性氧化铁纳米颗粒ferumoxytol已获FDA批准用于治疗缺铁性贫血，也可作为药物载体和MRI造影剂；其免疫调节特性（如使TAM向M1表型极化）近期才被认识，正在临床前和早期临床中探索。金纳米颗粒方面，NU-0129（球形核酸偶联金纳米颗粒）在复发性胶质母细胞瘤中完成0期试验，显示肿瘤穿透和靶基因Bcl2L12敲低，但无客观缓解。CYT-6091（PEG化金纳米颗粒偶联重组人肿瘤坏死因子）在晚期实体瘤I期试验中未达到最大耐受剂量，部分缓解1例，稳定4例，客观缓解率有限。AuroShell（硅-金核壳纳米结构）用于头颈部肿瘤光热消融，初步研究已完成，但肺肿瘤试验因患者入组缓慢而终止。国内纳米碳铁混悬注射液（Fe2+为活性成分，纳米碳为载体）已获NMPA批准开展II期临床试验。总体而言，纳米药物的临床成功率仅约1%-5%，金属基癌症免疫治疗仍处于早期探索阶段。

　　临床转化需解决大规模生产问题，要求批次间重现性和稳定性，同时保持纳米颗粒的关键理化性质（尺寸、形貌、表面电荷、晶相等）。目前微流控技术、共振声学混合、超临界流体合成等方法已用于规模化制备。关键质量控制参数包括粒径分布、形貌均匀性、表面化学、金属含量、胶体稳定性、无菌及内毒素水平。过程分析技术（PAT）的应用是实现实时质量控制的关键，可在线监测粒径和浓度等参数。

　　金属纳米颗粒的毒理学特征受粒径、形状、表面电荷、涂层等因素影响。小于10 nm的颗粒具有较高遗传毒性，阳离子修饰颗粒的细胞毒性可比阴离子或中性表面高2-3倍。毒理学效应主要包括剂量依赖性细胞毒性、肝脏蓄积（约占注射剂量的30%-40%）、氧化应激和免疫激活。PEG化可减少巨噬细胞摄取并延长循环时间；可降解杂化系统可减少长期器官蓄积70%-80%；响应性控释系统可减少有效治疗所需剂量30%-50%。计算毒理学工具（如机器学习模型）毒性预测准确率约86.1%，有助于筛选低风险候选材料。

　　金属纳米药物的独特特性对现有监管框架提出新挑战。美国FDA、欧洲药品管理局（EMA）和中国NMPA已发布纳米药物指导文件，但金属纳米颗粒的降解产物（游离金属离子）可能干扰体内金属稳态网络，其免疫调节功能既是疗效基础也可能带来安全风险。需建立针对金属纳米药物的特定评价标准，包括明确金属元素的体内代谢途径和蓄积部位、评估降解产物对金属稳态的长期影响、建立免疫调节效应与免疫毒性之间的风险获益平衡标准。建议采用基于材料分类和作用机制的分层分级评审体系，并加强研发早期与监管机构的沟通。

　　cGAS-STING通路适度激活有利于抗肿瘤免疫，但过度或持续激活可能产生不良效应（如上调CD73促进腺苷产生、诱导Treg扩增、甚至抑制T细胞效应功能）。在已存在染色体不稳定的肿瘤中，慢性STING信号可能促进肿瘤进展和上皮间充质转化（EMT）。不同金属离子代谢途径不同，导致器官特异性毒性各异：锰离子具神经毒性，铜离子主要损伤肝脏，铁离子诱导氧化应激导致心脏和肝脏损伤。此外，机体对金属离子具有精密的稳态调控网络，外源金属离子引入会激活内源性补偿机制，显著降低实际疗效。未来需整合单细胞测序、空间转录组学和金属组学技术，阐明不同肿瘤类型对金属离子的敏感性和免疫微环境特征；利用人工智能算法建立预测模型，实现患者分层和个性化治疗。下一代智能响应系统应建立多响应协调的纳米技术平台，结合外源性物理信号（光、磁、超声）和内源性化学信号，优先使用临床可降解的生物材料。在多模式协同策略方面，应探索金属纳米药物与mRNA疫苗、溶瘤病毒、表观遗传药物的联合潜力。同时，金属纳米颗粒的固有成像和示踪能力可赋予其诊疗一体化功能。建立面向转化的工艺和评价体系，发展连续流制造工艺和实时质量控制技术，开发高通量标准化安全性评价方法（如器官芯片），建立涵盖不同材料类型和长期观察的生物安全数据库。在监管科学层面，推动国际监管协调，统一金属纳米药物的定义、分类和评价标准。

　　本综述系统总结了金属纳米药物在肿瘤免疫治疗中的研究进展，聚焦于锰、铁、铜、锌等金属离子通过激活cGAS-STING通路、诱导ICKaiyunD、调节免疫细胞功能重塑TME的多靶点网络。智能纳米递送系统实现了金属离子的精确时空控制，使金属纳米药物从单纯载体转化为联合治疗的理想平台。与ICB、PTT/PDT、放疗和免疫治疗联合时，金属纳米药物展现出独特的协同优势。尽管氧化铁纳米颗粒和金纳米颗粒已进入临床试验，临床转化仍面临大规模生产、生物安全性评估和监管科学等多重挑战，总体成功率低于5%。通过精确工程化金属离子的生物学功能，结合患者分层和智能响应设计，金属纳米药物有望将受益于免疫治疗的人群从热肿瘤患者扩展至冷肿瘤患者，成为下一代精准免疫治疗的重要方向。