12月18日，南京医科大学附属肿瘤医院在Advanced Functional Materials（IF=18.5）杂志上在线发表了题为“Metabolic Reprogramming of Cancer-Associated Fibroblasts：Transforming Tumor Accomplices into Immunotherapeutic Allies”的最新研究成果。该研究提出了一种代谢重编程的策略，通过特定的纳米粒子递送系统，靶向并下调CAFs中的关键代谢基因己糖激酶2（HK2）和线粒体细胞色素c氧化酶I（MTCO1）。这种双重抑制导致CAFs中葡萄糖过载和线粒体功能障碍，进而将CAFs从肿瘤促进状态转变为免疫支持状态。

去势抵抗性前列腺癌（Castration-resistant prostate cancer，CRPC）仍是晚期前列腺癌患者死亡的主要原因，但可用的有效治疗选择有限。靶向PD-1/PD-L1途径的免疫检查点抑制剂（ICI）的免疫疗法，作为CRPC的潜在策略，已受到广泛关注。

尽管ICIs在许多实体瘤治疗中表现出色，但在CRPC中的效果并不理想，主要原因在于CRPC的肿瘤突变负荷较低，这限制了新抗原的表达，并降低了免疫疗法的效力。同时，CRPC中的肿瘤微环境（TME）具有免疫抑制特性，这进一步阻碍了ICIs的有效性。

肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）是TME的组成部分，在肿瘤进展和治疗耐药性中发挥着关键作用。同时，CAFs与肿瘤细胞建立了独特的代谢共生关系，为肿瘤的生长提供必要的营养支持。

CAFs是TME中肿瘤生长和免疫抑制的关键驱动因素，靶向CAFs的代谢活动可能是一种有效的治疗策略。有研究表明在糖尿病创面愈合过程中，高葡萄糖水平和氧化应激会损害CAFs的功能，造成慢性炎症状态并阻碍组织修复。另有研究发现，TME中的CAFs比其所支持的肿瘤细胞具有更高的葡萄糖摄取和利用速率。

基于此，作者提出假设：在CAFs中抑制糖酵解可能会导致葡萄糖在细胞内积累，阻断线粒体呼吸可能会加剧氧化应激。同时靶向这两个关键的代谢途径可诱导CAFs中的代谢重编程，改变其在TME中的作用并改善免疫应答。

为得到高效的双siRNA负载和靶向递送至CAFs进行能量代谢调节，作者开发了一种成纤维细胞激活蛋白（FAP）靶向脂质纳米颗粒（LNP）递送系统--LNP@D-siRNA-αPD-1，该系统优化了LNP样成分。与传统的脂质体相比，这一系统不仅提高了核酸的封装和稳定性，还增强了细胞内递送效率。

透射电镜结果表明，纳米结构均匀，呈现球形；在高磁化作用下，其表面具有清晰可见的膜结构；FAP-2286 修饰的LNP在生理条件下（PBS，pH 7.4），两周内没有出现聚集或降解的情况，表明其具有良好的稳定性，而在酸性条件下（pH 5.4），48h后外膜明显被降解，其中包裹的核酸被快速释放。

Fig2. LNP@D-siRNA-αPD-1纳米颗粒的设计、表征和细胞摄取。

为进一步验证纳米载体对CAFs的靶向特异性及其对细胞的功能的影响，作者将前列腺癌患者肿瘤组织中分离的原代CAFs与表达GFP mRNA的LNP系统（LNP@GFP-mRNA）共培养，以评估其转染效率。结果显示，转染效率随着时间的增加而增加，12h后接近80%。作者又利用Live-Dead Cell Staining评估了纳米载体系统的安全性，结果显示，无论是否修饰靶向肽，在1~100 mm浓度范围，纳米系统与CAFs共培养72h后细胞活性始终超过90%。为验证靶向肽在转染效率中的作用，作者合成了一个缺乏靶向肽的LNP系统，结果表明，与肽修饰系统相比，非靶向系统的转染效率显著降低。作者通过合理设计LNP结构，成功将siRNA高效转染至CAFs中，进而实现对靶基因的高效沉默。

作者进一步验证了该纳米系统是否能靶向CAFs并同时抑制其关键糖酵解基因HK2和线粒体呼吸酶基因MTCO1的功能。结果显示，与对照组相比，LNP@D-siRNA处理组在葡萄糖代谢、脂质代谢和氨基酸代谢等关键代谢通路中活性显著降低。LNP@D-siRNA处理的CAFs中糖酵解能力显著下降，线粒体呼吸功能显著被抑制。

同时，作者评估了代谢重编程对CAFs功能状态的影响。结果表明，LNP@D-siRNA处理组中IL-6、TNF-α等多种促炎因子和FGF、PDGF等促肿瘤生长因子的表达水平显著降低，表明CAFs从促肿瘤激活状态转变为了相对静止的静息状态。

为了深入探究同时抑制HK2和MTCO1对CAFs代谢和功能的影响，作者进行了一系列的细胞和免疫学分析。结果表明，LNP@D-siRNA 处理的细胞内葡萄糖含量及ROS水平显著增加， 自噬活性和MHC II表达均有显著提高。作者同时观察到CAFs中IFN-γ表达增加、COL1A1表达减少，表明CAFs可能从促肿瘤表型转变为抗肿瘤表型。为评估这些变化对T细胞功能的影响，作者进行了CAF-T细胞共培养实验。结果表明，OT-I T细胞（与LNP@D-siRNA 处理的CAFs共培养）Granzyme B表达和增殖能力显著增强。

以上结果提示，双重抑制HK2和MTCO1诱导的 CAFs代谢重编程不仅改变了它们的代谢状态和功能，而且显著增强了它们促进 T 细胞激活的能力。

为深入探究HK2和MTCO1抑制对CAFs的影响，作者进行了转录组分析。KEGG通路分析表明TCA循环、葡萄糖代谢、氨基酸代谢通路和DNA 修复通路显著下调，炎症相关和抗原呈递通路上调，表明代谢重编程通过影响DNA修复能力、炎症反应和抗原呈递能力，改变了CAFs在TME中的功能。

Fig6. 转录组分析显示，在HK2和MTCO1抑制后，CAFs存在广泛的代谢和功能重编程。

LNP递送系统在体外具有高度的稳定性和生物相容性，那是否在体内也表现有相同的特性呢？体外实验证实了FAP2286修饰的LNPs通过FAP介导的主动靶向在CAFs中有效积累。作者使利用皮下RM-1肿瘤模型评估了这种基于LNP的纳米递送系统在体内肿瘤积累的情况。为可视化LNP的分布，作者将光声成像剂ICG封装在FAP-2286修饰的LNPs中，并通过静脉注射以20 mg/kg的剂量给药。结果表明，与非靶向肽修饰的LNPs（LNP@ICG）相比，靶向LNP@ICG-FAP-2286在24小时时显示出显著增强的肿瘤特异性，支持其在CAF代谢重编程中的未来应用潜力。

作者又进一步研究了纳米载体在体内的药代动力学。与成像观察结果一致，肿瘤积累在每个时间点（注射后3, 6, 9, 12, 和 24小时）都显著增加，分别增加了2.1倍、3.2倍、9.2倍和10.5倍。

作者进一步在皮下RM-1肿瘤小鼠模型中评估了LNP@D-siRNA-αPD-1的治疗效果。

当肿瘤体积达到约60-80 mm³时，小鼠随机分为四组（每组n=5），并接受以下治疗：1）PBS；2）不含siRNA的LNP；3）含有双siRNA但缺乏αPD-1的LNP@D-siRNA-FAP-2286；以及4）含有双siRNA和αPD-1抗体药物的LNP@D-siRNA-αPD1-FAP-2286。

与体外结果一致，针对HK2、MTCO1关键基因和αPD-1的联合疗法显示出显著的肿瘤抑制效果，而缺乏αPD-1的组只显示出轻微的肿瘤抑制，表明调节CAFs代谢的LNP需要与免疫疗法协同作用才能有效抑制肿瘤生长。为确定肿瘤抑制是否由适应性免疫反应驱动，作者在联合治疗组的小鼠在治疗后第3天和第7天进行了免疫荧光染色。在第7天，作者观察到肿瘤组织中CD4+和CD8+T细胞的显著浸润。这些发现证实了肿瘤抑制效果是由对CAF代谢变化做出反应的免疫细胞介导的，并强调了αPD-1给药时机的重要性，第7天最大化治疗效果。

Fig8. cGAS乳酸化抑制免疫监视，可以通过阻断MCT1来挽救此过程。