线粒体代谢重编程与NK细胞抗肿瘤功能

线粒体代谢重编程与NK细胞抗肿瘤功能演讲人01线粒体代谢重编程与NK细胞抗肿瘤功能02引言：线粒体代谢在NK细胞抗肿瘤功能中的核心地位03线粒体代谢的基础特征与NK细胞代谢的可塑性04肿瘤微环境诱导NK细胞线粒体代谢重编程的机制05线粒体代谢重编程对NK细胞抗肿瘤功能的调控作用06靶向线粒体代谢的NK细胞抗肿瘤治疗策略目录01线粒体代谢重编程与NK细胞抗肿瘤功能02引言：线粒体代谢在NK细胞抗肿瘤功能中的核心地位引言：线粒体代谢在NK细胞抗肿瘤功能中的核心地位作为先天免疫系统的“第一道防线”，自然杀伤细胞（NaturalKillercells,NK细胞）通过识别应激细胞、分泌细胞因子及直接杀伤肿瘤细胞，在抗肿瘤免疫中发挥着不可替代的作用。传统研究多聚焦于NK细胞的活化性受体（如NKG2D、NKp46）、抑制性受体（如KIR、NKG2A）及其下游信号通路，而近年来，“代谢重编程”这一概念在免疫学领域的兴起，为我们理解NK细胞功能的调控机制提供了全新视角。线粒体作为细胞代谢的“枢纽”，不仅通过氧化磷酸化（OXPHOS）产生ATP，还参与活性氧（ROS）生成、脂质合成、氨基酸代谢及细胞凋亡调控等过程。在肿瘤微环境（TumorMicroenvironment,TME）中，NK细胞面临着低氧、营养匮乏（如葡萄糖、谷氨酰胺限制）、免疫抑制分子（如TGF-β、引言：线粒体代谢在NK细胞抗肿瘤功能中的核心地位腺苷）等极端条件，其线粒体代谢会发生显著改变——这一过程被称为“线粒体代谢重编程”。这种重编程既可能是NK细胞适应TME的生存策略，也可能是其功能耗竭的关键诱因。因此，深入解析线粒体代谢重编程与NK细胞抗肿瘤功能的关联，不仅有助于揭示肿瘤免疫逃逸的新机制，更为基于NK细胞的肿瘤免疫治疗提供了潜在靶点。本文将从线粒体代谢的基础特征出发，系统阐述肿瘤微环境如何诱导NK细胞发生线粒体代谢重编程，探讨代谢改变对NK细胞增殖、活化、细胞毒性及记忆形成等抗肿瘤功能的影响，并以此为依据提出靶向线粒体代谢的NK细胞增强策略，最终展望该领域的未来研究方向与应用前景。03线粒体代谢的基础特征与NK细胞代谢的可塑性1线粒体的核心代谢功能：免疫细胞能量与信号的中枢线粒体是一个具有双层膜结构的细胞器，其内膜向内折叠形成嵴（cristae），为电子传递链（ElectronTransportChain,ETC）复合物（Ⅰ~Ⅳ）提供附着平台，是OXPHOS的核心场所。在正常生理条件下，细胞通过糖酵解将葡萄糖转化为丙酮酸，后者进入线粒体经丙酮酸脱氢酶复合物（PDC）转化为乙酰辅酶A，进入三羧酸循环（TCA循环）生成还原型辅酶NADH和FADH₂；NADH和FADH₂通过ETC传递电子，驱动质子（H⁺）从线粒体基质泵入膜间隙，形成质子梯度（ΔΨm），最终通过ATP合合酶（ComplexⅤ）将ADP磷酸化为ATP——这一过程称为“氧化磷酸化”，是细胞高效产能的主要方式。1线粒体的核心代谢功能：免疫细胞能量与信号的中枢除OXPHOS外，线粒体还通过以下途径支持免疫细胞功能：①脂肪酸氧化（FAO）：长链脂肪酸经肉碱棕榈酰转移酶1A（CPT1A）转运至线粒体，进行β氧化生成乙酰辅酶A，为TCA循环提供原料，同时产生大量NADH和FADH₂；②氨基酸代谢：谷氨酰胺经谷氨酰胺酶（GLS）转化为谷氨酸，再经谷氨酸脱氢酶（GLUD）转化为α-酮戊二酸（α-KG），补充TCA循环中间产物（“补漏”作用）；③ROS生成：ETC复合物Ⅰ和Ⅲ是线粒体ROS（mtROS）的主要来源，适量mtROS可作为第二信分子，激活NF-κB、MAPK等促炎信号通路，促进免疫细胞活化；④线粒体动力学：通过融合（融合蛋白MFN1/2、OPA1）与分裂（分裂蛋白DRP1、FIS1）的动态平衡，维持线粒体形态与功能的稳定，影响免疫细胞极化与存活。2NK细胞的代谢特征：静息与活化状态的代谢转换静息态NK细胞主要依赖OXPHOS和FAO维持存活与基础功能，其线粒体呈管状、嵴结构清晰，ATP产生效率高。此时，糖酵解途径处于“低耗能”状态，仅满足细胞基本代谢需求（如核苷酸合成）。当NK细胞通过活化性受体识别靶细胞或经细胞因子（如IL-12、IL-15、IL-18）刺激后，代谢模式发生显著转换——类似于T细胞的“沃伯格效应”（WarburgEffect），糖酵解速率迅速提升，即使氧气充足也大量产生乳酸，同时OXPHOS和FAO活性增强，形成“糖酵解+OXPHOS+FAO”的混合代谢模式，以满足增殖、细胞因子分泌及细胞毒性颗粒释放的能量与生物合成需求。2NK细胞的代谢特征：静息与活化状态的代谢转换值得注意的是，NK细胞的代谢可塑性是其发挥抗肿瘤功能的关键。在不同组织微环境（如外周血、肿瘤组织、肝脏）中，NK细胞可通过代谢途径的动态调整适应局部条件：例如，在肿瘤微环境中，当葡萄糖受限时，NK细胞会增强FAO和谷氨酰胺代谢以维持OXPHOS；当线粒体功能受损时，细胞可通过线粒体自噬（mitophagy）清除受损线粒体，或通过糖酵解补偿能量供应。这种可塑性使得NK细胞能够在复杂环境中发挥免疫功能，但也可能成为肿瘤细胞利用的“弱点”——肿瘤细胞通过竞争营养物质或分泌抑制性因子，诱导NK细胞代谢紊乱，最终导致功能耗竭。04肿瘤微环境诱导NK细胞线粒体代谢重编程的机制肿瘤微环境诱导NK细胞线粒体代谢重编程的机制肿瘤微环境是一个高度异质性的生态系统，其低氧、酸性pH值、营养匮乏及免疫抑制分子等因素共同构成“代谢压力”，通过直接或间接方式重塑NK细胞的线粒体代谢网络，进而影响其抗肿瘤功能。以下将从关键代谢途径、信号通路及细胞互作三个层面，系统阐述TME诱导NK细胞线粒体代谢重编程的机制。1低氧：HIF-1α介导的代谢抑制与功能耗竭肿瘤组织快速增殖导致的血管生成不足，使得局部氧浓度显著低于正常组织（常<1%），形成“低氧微环境”。低氧诱导因子-1α（HIF-1α）是细胞应对低氧的核心调控因子，在常氧条件下经脯氨酰羟化酶（PHDs）羟基化后，被vonHippel-Lindau（VHL）蛋白泛素化降解；低氧时PHDs活性受抑，HIF-1α稳定并转位入核，与HIF-1β形成异二聚体，调控下游靶基因表达，从而重编程NK细胞代谢。在NK细胞中，HIF-1α的激活通过以下途径抑制线粒体功能：①下调线粒体生物合成：HIF-1α抑制PGC-1α（过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1α）的表达，而PGC-1α是调控线粒体生物合成的关键转录共激活因子，其减少导致线粒体数量下降、嵴结构紊乱，OXPHOS能力降低；②促进糖酵解：HIF-1α上调葡萄糖转运蛋白（GLUT1/3）、己糖激酶2（HK2）、1低氧：HIF-1α介导的代谢抑制与功能耗竭乳酸脱氢酶A（LDHA）等糖酵解关键酶的表达，加速葡萄糖摄取与乳酸生成，同时抑制丙酮酸进入线粒体（通过下调PDC亚单位E1α），阻断丙酮酸驱动的OXPHOS；③抑制FAO：HIF-1α下调CPT1A的表达，阻碍脂肪酸转运至线粒体进行β氧化，使NK细胞无法通过FAO获取能量。临床研究显示，肿瘤浸润NK细胞（Tumor-InfiltratingNKcells,TINKs）中HIF-1α高表达与患者不良预后相关，其细胞毒性（如穿孔素、颗粒酶B分泌）和IFN-γ产生能力显著低于外周血NK细胞。机制上，HIF-1α不仅直接抑制线粒体代谢，还通过上调PD-1等免疫检查点分子，形成“代谢抑制+免疫抑制”的恶性循环，加速NK细胞耗竭。2营养匮乏：葡萄糖、谷氨酰胺与精氨酸的限制性摄取肿瘤细胞具有高代谢活性，通过“Warburg效应”大量摄取葡萄糖并转化为乳酸，同时竞争性消耗谷氨酰胺、精氨酸等氨基酸，导致TME中营养物质浓度显著低于正常组织，迫使NK细胞面临“饥饿状态”，其线粒体代谢途径被迫重塑。2营养匮乏：葡萄糖、谷氨酰胺与精氨酸的限制性摄取2.1葡萄糖限制：糖酵解与OXPHOS的双重抑制葡萄糖是NK细胞的主要能量底物，TME中低葡萄糖浓度直接抑制糖酵解途径，减少丙酮酸生成，进而影响线粒体OXPHOS。具体而言：①糖酵解中间产物耗竭：葡萄糖-6-磷酸（G6P）是磷酸戊糖途径（PPP）的底物，PPP产生的NADPH用于维持细胞内还原型谷胱甘肽（GSH）水平，清除ROS；葡萄糖限制导致PPP活性下降，NADPH和GSH减少，NK细胞内ROS积累，线粒体膜电位（ΔΨm）下降，ETC功能受损；②丙酮酸供应不足：丙酮酸是连接胞浆糖酵解与线粒体TCA循环的桥梁，葡萄糖限制导致丙酮酸生成减少，TCA循环中间产物（如草酰乙酸）耗竭，迫使细胞进入““补充”模式”——通过谷氨酰胺代谢（见3.2.2）或脂肪酸代谢（见3.3）补充TCA循环，但这一过程效率较低，难以满足NK细胞活化时的能量需求。2营养匮乏：葡萄糖、谷氨酰胺与精氨酸的限制性摄取2.2谷氨酰胺限制：TCA循环“断流”与线粒体应激谷氨酰胺是T细胞、NK细胞等免疫细胞的重要氮源和碳源，其通过GLS转化为谷氨酸，再经转氨酶或GLUD转化为α-KG，补充TCA循环中间产物（“anaplerosis”）。在TME中，肿瘤细胞高表达谷氨酰胺转运蛋白ASCT2/SLC1A5，竞争性摄取谷氨酰胺，导致NK细胞谷氨酰胺供应不足。此时，TCA循环因草酰乙酸等中间产物耗竭而“断流”，导致：①OXPHOS底物减少：NADH和FADH₂生成下降，ATP产量降低；②线粒体应激：TCA循环中间产物缺失导致线粒体基质中积累代谢中间体（如琥珀酰辅酶A），通过抑制α-KG依赖的双加氧酶（如TET家族蛋白），影响表观遗传修饰，进而抑制NK细胞活化相关基因（如IFN-γ、TNF-α）的表达。2营养匮乏：葡萄糖、谷氨酰胺与精氨酸的限制性摄取2.3精氨酸限制：NO合成抑制与线粒体功能损伤精氨酸是NO合酶（iNOS）的底物，在NK细胞中，iNOS催化精氨酸生成瓜氨酸和NO，NO具有双重作用：适量NO可通过调节线粒体呼吸链复合物活性促进ROS信号，过量NO则与线粒体复合物Ⅳ（细胞色素c氧化酶）结合，抑制其活性，导致ETC电子泄漏增加，ROS过量生成。肿瘤细胞通过精氨酸酶1（ARG1）将精氨酸分解为鸟氨酸和尿素，消耗TME中精氨酸，限制NO合成，同时ARG1代谢产物鸟氨酸可进入多胺合成途径，促进肿瘤细胞增殖。在精氨酸限制条件下，NK细胞iNOS活性下降，NO产生减少，一方面削弱其对肿瘤细胞的直接杀伤作用（NO具有诱导肿瘤细胞凋亡的功能），另一方面因复合物Ⅳ抑制解除，可能导致电子传递链“拥堵”，ROS过度积累，引发线粒体氧化应激损伤。2营养匮乏：葡萄糖、谷氨酰胺与精氨酸的限制性摄取2.3精氨酸限制：NO合成抑制与线粒体功能损伤3.3免疫抑制分子：腺苷、TGF-β与PGE2的代谢调控作用肿瘤细胞和基质细胞通过分泌免疫抑制分子（如腺苷、TGF-β、前列腺素E2,PGE2），直接或间接抑制NK细胞线粒体代谢，促进其功能耗竭。2营养匮乏：葡萄糖、谷氨酰胺与精氨酸的限制性摄取3.1腺苷：通过A2A受体抑制线粒体生物合成腺苷是TME中含量最高的免疫抑制分子之一，由肿瘤细胞或基质细胞释放的ATP经CD39（ATP→ADP）和CD73（ADP→腺苷）降解产生。NK细胞高表达腺苷A2A受体（A2AR），其与腺苷结合后激活Gs蛋白，升高胞内cAMP水平，激活蛋白激酶A（PKA）和交换蛋白直接激活cAMP（EPAC），通过以下途径抑制线粒体功能：①下调PGC-1α：PKA磷酸化并抑制CREB调节转录共激活因子（CRTC）的活性，减少其与PGC-1α启动子的结合，抑制线粒体生物合成；②抑制DRP1介导的线粒体分裂：EPAC激活Rap1，促进线粒体融合，减少分裂，导致线粒体呈过度融合状态，嵴结构异常，OXPHOS效率下降；③阻断IL-15信号：IL-15是维持NK细胞存活与功能的关键细胞因子，其通过JAK-STAT5通路上调Bcl-2和Bcl-xL等抗凋亡蛋白，并促进线粒体代谢；腺苷通过抑制JAK1/STAT5磷酸化，削弱IL-15的代谢支持作用，导致NK细胞凋亡增加。2营养匮乏：葡萄糖、谷氨酰胺与精氨酸的限制性摄取3.1腺苷：通过A2A受体抑制线粒体生物合成3.3.2TGF-β：诱导线粒体动力学失衡与FAO抑制TGF-β是肿瘤微环境中另一种强效免疫抑制因子，通过激活Smad2/3信号通路，重编程NK细胞代谢：①促进线粒体分裂：Smad3直接转录激活DRP1表达，同时下调MFN2表达，打破线粒体融合与分裂的平衡，导致线粒体碎片化，嵴结构紊乱，OXPHOS能力下降；②抑制FAO：TGF-β通过Smad3诱导转录因子PPARγ的抑制分子（如SMRT），下调CPT1A和ACADM（中链酰基辅酶A脱氢酶）的表达，阻断脂肪酸进入线粒体进行β氧化，迫使NK细胞依赖糖酵解获取能量，而糖酵解产生的ATP效率仅为OXPHOS的1/18，难以支持长期抗肿瘤功能；③诱导免疫检查点分子表达：TGF-β上调NK细胞PD-1、TIM-3等抑制性受体的表达，形成“代谢抑制+免疫抑制”的正反馈循环，加速NK细胞耗竭。2营养匮乏：葡萄糖、谷氨酰胺与精氨酸的限制性摄取3.1腺苷：通过A2A受体抑制线粒体生物合成3.3.3PGE2：通过EP2/EP4受体激活mTORC1，扰乱代谢平衡前列腺素E2（PGE2）由肿瘤细胞或巨噬细胞中的环氧合酶-2（COX-2）催化花生四烯酸生成，通过NK细胞表面的EP2和EP4受体（G蛋白偶联受体）激活腺苷酸环化酶，升高cAMP水平，进而激活PKA和EPAC，其与腺苷信号部分重叠，但具有独特的代谢调控作用：①激活mTORC1信号：EP4受体通过β-arrestin-1激活PI3K-Akt-mTORC1通路，mTORC1促进糖酵解关键酶（如HK2、PFKFB3）的翻译，同时抑制自噬（通过磷酸化ULK1），导致NK细胞在营养物质匮乏时仍维持高糖酵解活性，但线粒体OXPHOS因底物（丙酮酸、谷氨酰胺）不足而“供不应求”，引发代谢紊乱；②诱导ROS积累：mTORC1激活促进NADPH氧化酶（NOX2）组装，增加胞浆ROS生成，同时抑制线粒体抗氧化系统（如SOD2、GPX1），导致线粒体氧化应激损伤，ΔΨm下降，细胞色素c释放，诱导NK细胞凋亡。05线粒体代谢重编程对NK细胞抗肿瘤功能的调控作用线粒体代谢重编程对NK细胞抗肿瘤功能的调控作用线粒体代谢重编程不仅是NK细胞对TME的被动适应，更主动调控其增殖、活化、细胞毒性及记忆形成等抗肿瘤功能。本节将从代谢-功能偶联的角度，系统解析线粒体不同代谢途径对NK细胞功能的影响机制。4.1糖酵解与OXPHOS平衡：NK细胞活化与增殖的能量“开关”NK细胞的活化与增殖需要大量ATP和生物合成前体（如核苷酸、氨基酸、脂质），其能量来源依赖于糖酵解与OXPHOS的动态平衡。静息态NK细胞以OXPHOS为主，线粒体ATP合酶活性高，ATP/ADP比值维持稳定，细胞处于“待命状态”；当NK细胞通过CD16（抗体依赖性细胞毒性）或NKG2D（识别应激细胞）等受体活化后，糖酵解速率在5-10分钟内迅速提升（“Warburg效应”），乳酸产量增加，同时OXPHOS活性同步增强（通过上调ETC复合物表达和线粒体生物合成），线粒体代谢重编程对NK细胞抗肿瘤功能的调控作用形成“糖酵解-线粒体偶联”模式——糖酵解产生的丙酮酸并非全部转化为乳酸，而是部分进入线粒体经TCA循环和OXPHOS高效产能，以满足细胞毒性颗粒（如穿孔素、颗粒酶）合成与释放的能量需求。值得注意的是，糖酵解与OXPHOS的失衡会导致NK细胞功能缺陷：①糖酵解过度增强：在TME中，肿瘤细胞竞争性摄取葡萄糖，导致NK细胞糖酵解底物不足，同时乳酸积累抑制乳酸脱氢酶（LDH）活性，阻断丙酮酸进入线粒体，引发“能量危机”；②OXPHOS依赖性过强：若NK细胞过度依赖OXPHOS，当TME中谷氨酰胺或脂肪酸受限时，线粒体ATP产量骤降，细胞无法维持基础代谢，最终凋亡。临床数据显示，肿瘤浸润NK细胞常表现为糖酵解关键酶（如HK2、PKM2）和OXPHOS复合物（如ComplexⅠ、Ⅳ）表达均下调，提示其代谢途径“双抑制”，这是NK细胞在TME中功能耗竭的重要特征。线粒体代谢重编程对NK细胞抗肿瘤功能的调控作用4.2脂肪酸氧化（FAO）：NK细胞存活与记忆形成的关键支持FAO是长链脂肪酸分解供能的主要途径，在NK细胞抗肿瘤功能中发挥着“稳定器”作用：①促进存活：在葡萄糖或谷氨酰胺限制条件下，NK细胞通过上调CPT1A表达，增强FAO活性，将脂肪酸转化为乙酰辅酶A进入TCA循环，维持OXPHOS和ATP产生，抑制凋亡；②支持记忆形成：记忆样NK细胞（Memory-likeNKcells）是经细胞因子（如IL-12+IL-15）预激活后，具有长期存活、快速应答及增强抗肿瘤活性的NK细胞亚群。研究表明，记忆样NK细胞的形成依赖于FAO：IL-12通过STAT4信号上调PPARδ（过氧化物酶体增殖物激活受体δ），激活CPT1A和ACADM等FAO关键基因，促进脂肪酸利用；抑制FAO可显著减少记忆样NK细胞的数量，削弱其抗肿瘤效果。线粒体代谢重编程对NK细胞抗肿瘤功能的调控作用在肿瘤微环境中，肿瘤细胞通过分泌瘦素（leptin）或脂联素（adiponectin）等脂肪因子，调控NK细胞FAO活性：瘦素通过JAK-STAT3信号上调CPT1A，增强FAO，促进NK细胞存活；而脂联素通过AdipoR1受体激活AMPK，抑制mTORC1，减少脂质合成，同时促进FAO，维持线粒体功能。然而，TGF-β和腺苷等抑制性因子通过下调CPT1A表达（如3.3节所述），阻断FAO，导致NK细胞在营养匮乏时无法通过脂质获取能量，加速耗竭。3线粒体动力学：融合与分裂平衡对NK细胞功能的影响线粒体动力学（融合与分裂）是维持线粒体结构与功能稳态的关键过程，直接影响NK细胞的能量代谢与信号转导。融合过程由MFN1/2（线粒体外膜融合蛋白）和OPA1（线粒体内膜融合蛋白）介导，形成管状、interconnected的线粒体网络，增强嵴结构稳定性，提高OXPHOS效率；分裂过程由DRP1（dynamin-relatedprotein1）和FIS1（mitochondrialfissionfactor1）介导，将线粒体分割为小碎片，便于细胞分裂时均匀分配，同时清除受损线粒体（通过线粒体自噬）。在NK细胞活化过程中，线粒体动力学呈现“先分裂后融合”的动态变化：早期（活化后6-12小时），DRP1磷酸化（Ser616）激活，促进线粒体分裂，便于线粒体向免疫突触（immunologicalsynapse，3线粒体动力学：融合与分裂平衡对NK细胞功能的影响NK细胞与靶细胞接触部位）迁移，为局部提供ATP和ROS；晚期（活化后24-48小时），MFN2和OPA1表达上调，线粒体融合增强，形成大型网状结构，提高代谢底物利用效率。然而，在TME中，肿瘤细胞通过分泌TGF-β（上调DRP1、下调MFN2）或腺苷（抑制OPA1表达），打破动力学平衡：①过度分裂：线粒体碎片化导致嵴结构紊乱，OXPHOS效率下降，ATP产量减少，同时ROS过度生成（分裂后线粒体表面积增大，电子泄漏增加）；②融合不足：线粒体网络无法有效连接，代谢底物（如NADH、FADH₂）无法在线粒体间共享，进一步加剧能量危机。临床研究显示，TINKs中DRP1表达显著高于外周血NK细胞，而MFN2表达降低，其细胞毒性与IFN-γ分泌能力与DRP1/MFN2比值呈负相关，提示线粒体动力学失衡是NK细胞功能耗竭的重要机制。4线粒体ROS（mtROS）：NK细胞活化的“双刃剑”线粒体ROS是ETC电子泄漏的副产物，主要来源于复合物Ⅰ（NADH脱氢酶）和复合物Ⅲ（细胞色素c还原酶）。在生理条件下，适量mtROS作为第二信分子，通过氧化修饰关键蛋白（如IKKβ、ASK1），激活NF-κB和MAPK信号通路，促进NK细胞活化相关基因（如IFN-γ、TNF-α、穿孔素）的表达，增强其抗肿瘤活性。然而，在TME中，肿瘤细胞通过诱导ETC复合物表达异常（如复合物Ⅳ下调）或抑制抗氧化系统（如SOD2、GPX1表达下降），导致mtROS过量积累，引发氧化应激损伤：①线粒体膜电位（ΔΨm）崩溃：过量ROS氧化线粒体内膜上的心磷脂（cardiolipin），破坏其与细胞色素c的结合，促进细胞色素c释放，激活caspase-9/3凋亡通路；②DNA损伤：mtROS可氧化线粒体DNA（mtDNA），导致mtDNA突变（如常见的大片段缺失），进一步削弱线粒体功能，4线粒体ROS（mtROS）：NK细胞活化的“双刃剑”形成“ROS-线粒体损伤-更多ROS”的恶性循环；③表观遗传修饰异常：mtROS通过抑制TET家族双加氧酶，影响DNA去甲基化，导致NK细胞抑制性受体（如PD-1、TIM-3）基因启动子区高甲基化解除，促进其表达，加速耗竭。值得注意的是，mtROS的“双刃剑”效应具有浓度依赖性：低浓度（50-100nM）促进NK细胞活化，而高浓度（>500nM）则诱导细胞凋亡。在肿瘤免疫治疗中，通过药物（如二甲双胍）适度增加NK细胞mtROS水平，可增强其抗肿瘤功能；但若mtROS过度积累，则需通过激活Nrf2-ARE通路（上调抗氧化酶表达）或线粒体自噬清除受损线粒体，以保护NK细胞免受氧化损伤。4线粒体ROS（mtROS）：NK细胞活化的“双刃剑”4.5线粒体自噬（mitophagy）：维持NK细胞代谢稳态的“质量控制”线粒体自噬是选择性清除受损线粒体的过程，主要通过PINK1（PTEN诱导推定的激酶1）/Parkin通路实现：当线粒体受损时，PINK1在线粒体外膜稳定并磷酸化泛素，招募Parkin（E3泛素连接酶），促进线粒体外膜蛋白泛素化，进而与自噬受体（如p62/SQSTM1、NDP52）结合，包裹自噬体，与溶酶体融合降解。在NK细胞中，线粒体自噬发挥着“质量控制”作用：①清除受损线粒体：清除mtDNA突变、ΔΨm下降或ROS过量的线粒体，防止其成为“能量工厂”和“ROS源”；②维持代谢稳态：在营养匮乏时，通过降解部分线粒体回收氨基酸和脂肪酸，用于生物合成或能量供应；③调节免疫应答：自噬体降解过程中释放的线粒体DNA（mtDNA）或线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS），可激活cGAS-STING或MAVS-IRF3通路，促进NK细胞Ⅰ型干扰素（IFN-α/β）分泌，增强抗肿瘤免疫。4线粒体ROS（mtROS）：NK细胞活化的“双刃剑”然而，在TME中，肿瘤细胞通过分泌TGF-β或腺苷，抑制线粒体自噬活性：TGF-β通过Smad3下调PINK1表达，阻断Parkin招募；腺苷通过A2AR-cAMP-PKA通路抑制自噬体形成。线粒体自噬受阻导致受损线粒体积累，进一步加剧ROS生成和能量危机，促进NK细胞耗竭。临床数据显示，晚期肿瘤患者外周血NK细胞中PINK1和Parkin表达显著降低，而线粒体损伤标志物（如mtDNA拷贝数、8-OHdG）升高，提示线粒体自噬功能障碍是NK细胞抗肿瘤能力下降的重要原因。06靶向线粒体代谢的NK细胞抗肿瘤治疗策略靶向线粒体代谢的NK细胞抗肿瘤治疗策略基于线粒体代谢重编程在NK细胞功能调控中的核心作用，靶向线粒体代谢通路已成为增强NK细胞抗肿瘤活性的重要策略。本节将从代谢调节剂、基因修饰、联合治疗及TME改善四个方面，系统阐述当前研究进展与临床应用前景。1代谢调节剂：直接干预线粒体代谢途径1.1糖酵解调节剂：增强糖酵解效率或解除抑制-二甲双胍（Metformin）：作为AMPK激活剂，二甲双胍可通过抑制线粒体复合物Ⅰ（NADH脱氢酶），轻度抑制OXPHOS，激活AMPK，进而促进GLUT1转位至细胞膜，增加葡萄糖摄取，同时通过mTORC1信号上调HK2表达，增强糖酵解活性。在NK细胞中，低剂量二甲双胍（10-100μM）可促进糖酵解-线粒体偶联，增加ATP和ROS产生，增强其细胞毒性；高剂量（>1mM）则过度抑制OXPHOS，导致能量危机，需谨慎使用。临床前研究显示，二甲双胍联合IL-15激活的NK细胞可显著抑制黑色素瘤生长。-二氯乙酸（Dichloroacetate,DCA）：通过抑制丙酮酸脱氢酶激酶（PDK），激活PDC，促进丙酮酸进入线粒体，增强OXPHOS。在TME中，DCA可逆转肿瘤细胞诱导的NK细胞糖酵解抑制，恢复线粒体功能，促进IFN-γ分泌。联合PD-1抗体可增强抗肿瘤效果，DCA通过减少PD-L1表达（抑制HIF-1α），解除肿瘤细胞对NK细胞的抑制。1代谢调节剂：直接干预线粒体代谢途径1.2FAO促进剂：补充脂肪酸代谢底物-L-肉碱（L-Carnitine）：作为脂肪酸转运的辅助因子，L-肉碱可促进长链脂肪酸进入线粒体，增强FAO活性。在葡萄糖限制条件下，L-肉碱（1-5mM）可显著改善NK细胞ATP产量，抑制凋亡，维持细胞毒性。临床前研究表明，L-肉碱联合IL-2扩增的NK细胞可提高肝癌模型小鼠的生存率。-PPARδ激动剂（如GW501516）：通过激活PPARδ，上调CPT1A和ACADM表达，促进FAO。在记忆样NK细胞扩增中，PPARδ激动剂可增强其FAO依赖性存活和抗肿瘤活性，减少细胞因子释放综合征（CRS）风险。1代谢调节剂：直接干预线粒体代谢途径1.3线粒体抗氧化剂：平衡ROS水平-MitoQ（线粒体靶向抗氧化剂）：作为辅酶Q10的衍生物，MitoQ可富集于线粒体内膜，清除过量ROS，保护线粒体功能。在TME中，MitoQ（100-500nM）可减少NK细胞mtROS积累，维持ΔΨm稳定，抑制其凋亡。联合NK细胞疗法可提高其在肿瘤组织中的存活率和浸润能力。-N-乙酰半胱氨酸（NAC）：作为GSH前体，NAC可增加胞内GSH含量，清除ROS，但需注意高剂量NAC可能抑制NK细胞活化所需的ROS信号，因此需优化剂量（通常1-5mM）。2基因修饰：增强NK细胞线粒体代谢能力2.1过表达线粒体生物合成关键因子-PGC-1α过表达：通过慢病毒载体将PGC-1α导入NK细胞，可显著增加线粒体数量和嵴密度，提升OXPHOS和FAO活性。在低氧和葡萄糖限制条件下，PGC-1α过表达NK细胞的ATP产量和IFN-γ分泌能力显著高于对照组，抗肿瘤效果增强。-ERRα（雌激素相关受体α）过表达：作为PGC-1α的下游靶点，ERRα可调控线粒体呼吸链复合物和脂肪酸代谢酶表达。过表达ERRα的NK细胞在肿瘤微环境中表现出更强的代谢适应性和细胞毒性。2基因修饰：增强NK细胞线粒体代谢能力2.2敲除抑制性代谢调控分子-敲除HIF-1α：通过CRISPR/Cas9技术敲除NK细胞HIF-1α，可阻断其介导的糖酵解增强和线粒体生物合成抑制，改善TME中的代谢功能。临床前研究显示，HIF-1α敲除NK细胞联合PD-1抗体可显著抑制胰腺癌生长。-敲除ARG1：针对肿瘤细胞或髓系来源抑制细胞（MDSCs）的ARG1，可提高TME中精氨酸浓度，恢复NK细胞iNOS活性和NO产生，增强其对肿瘤细胞的杀伤作用。2基因修饰：增强NK细胞线粒体代谢能力2.3改造线粒体动力学相关蛋白-过表达MFN2或OPA1：通过过表达融合蛋白MFN2或OPA1，促进线粒体融合，改善TME中线粒体碎片化状态，提升OXPHOS效率。在黑色素瘤模型中，MFN2过表达NK细胞的肿瘤浸润率和细胞毒性显著提高。-敲除DRP1：通过siRNA或CRISPR/Cas9敲除DRP1，抑制线粒体过度分裂，减少ROS生成，保护线粒体功能。但需注意，完全敲除DRP1可能影响NK细胞活化早期的线粒体迁移，因此需采用条件敲除或部分敲除策略。3联合治疗：代谢调节与免疫检查点阻断的协同效应免疫检查点阻断（ICB）是当前肿瘤免疫治疗的主流策略之一，但单药响应率有限，其主要原因之一是TME中NK细胞功能耗竭。联合靶向线粒体代谢的药物，可逆转NK细胞代谢紊乱，增强ICB疗效。-PD-1抗体+二甲双胍：二甲双胍通过激活AMPK-mTORC1信号促进糖酵解，同时抑制HIF-1α表达，减少PD-L1表达，解除肿瘤细胞对NK细胞的抑制；PD-1抗体则阻断NK细胞PD-1与肿瘤细胞PD-L1的结合，恢复其活化能力。临床前研究显示，该联合方案可显著提高肝癌模型小鼠的生存率，且无明显毒性。-CTLA-4抗体+L-肉碱：CTLA-4抗体通过清除调节性T细胞（Tregs），减少其对NK细胞的抑制；L-肉碱通过增强NK细胞FAO活性，改善其在TME中的代谢状态。在结直肠癌模型中，联合治疗可显著增加肿瘤浸润NK细胞数量，增强其细胞毒性。3联合治疗：代谢调节与免疫检查点阻断的协同效应-IL-15+MitoQ：IL-15是维持NK细胞存活与功能的关键细胞因子，可促进线粒体生物合成；MitoQ则通过清除ROS保护线粒体功能。联合使用可扩增高活性NK细胞群，提高其在肿瘤组织中的存活率和抗肿瘤活性，目前已进入早期临床试验（NCT04096660）。4改善肿瘤微环境：解除代谢抑制与免疫抑制-靶向CD39/CD73通路：通过抗CD39抗体（如ETBR-1）或CD73抑制剂（如AB680），阻断腺苷生成，恢复NK细胞A2AR信号敏感