肿瘤相关成纤维细胞靶向递送进展

肿瘤相关成纤维细胞靶向递送进展演讲人CONTENTS肿瘤相关成纤维细胞的生物学特性与促瘤机制肿瘤相关成纤维细胞靶向递送策略肿瘤相关成纤维细胞靶向递送的临床转化进展面临的挑战与未来方向总结与展望参考文献（略）目录肿瘤相关成纤维细胞靶向递送进展1.引言：肿瘤相关成纤维细胞在肿瘤微环境中的核心地位肿瘤的发生、发展与转移并非孤立事件，而是肿瘤细胞与微环境（TumorMicroenvironment,TME）动态互作的结果。在TME诸多组分中，肿瘤相关成纤维细胞（Cancer-AssociatedFibroblasts,CAFs）作为最丰富的基质细胞类型，其数量与活化程度与肿瘤恶性进展、治疗抵抗及预后不良密切相关。CAFs起源于组织驻留成纤维细胞、间充质干细胞、上皮/内皮细胞通过上皮-间质转化（EMT）或内皮-间质转化（EndMT）的转分化，也可由肿瘤细胞通过旁分泌信号（如TGF-β、PDGF）直接激活。活化后的CAFs不仅通过分泌细胞因子（如IL-6、CXCL12）、生长因子（如HGF、FGF）和细胞外基质（ECM）组分（如I型胶原、纤连蛋白）重塑基质结构，还能通过代谢重编程、免疫抑制微环境构建及药物屏障形成，促进肿瘤增殖、侵袭、转移及免疫逃逸。值得注意的是，CAFs并非均质群体，其具有显著的异质性——不同肿瘤类型（如胰腺癌、乳腺癌、肝癌）、同一肿瘤不同区域甚至单个CAF亚群的功能均存在差异，这为靶向递送带来了挑战，但同时也提供了精准干预的可能性。近年来，随着对CAFs生物学特性认识的深入，以CAFs为靶点的靶向递送系统成为肿瘤治疗研究的热点。通过设计特异性识别CAFs表面标志物或响应TME特征的载体系统，实现化疗药物、小分子抑制剂、核酸药物等的高效递送，有望突破传统治疗的局限，提高肿瘤治疗效果。本文将从CAFs的生物学特性与促瘤机制、靶向递送策略、临床转化进展、面临的挑战及未来方向等方面，系统阐述CAFs靶向递送的研究进展，以期为肿瘤精准治疗提供新思路。01肿瘤相关成纤维细胞的生物学特性与促瘤机制1CAFs的起源与活化CAFs的起源具有多样性，主要包括以下几类：（1）组织驻留成纤维细胞：在TGF-β、PDGF等信号刺激下被肿瘤细胞“教育”并活化，是CAFs的主要来源；（2）间充质干细胞（MSCs）：骨髓或组织源性MSCs被招募至TME后，向CAF样细胞分化；（3）上皮/内皮细胞：通过EMT或EndMT转分化为具有CAF特性的细胞，表达α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）等成纤维细胞标志物；（4）周细胞：血管周细胞在肿瘤微环境中脱离血管，获得CAF表型。CAF的活化是一个动态过程，涉及表观遗传学修饰、代谢重编程及信号通路异常。例如，组蛋白乙酰化转移酶p300/CBP可通过组蛋白修饰激活CAFs的促瘤基因表达；糖酵解通路增强、谷氨酰胺代谢重塑等代谢变化为CAF活化提供能量和生物合成前体；TGF-β/Smad、Wnt/β-catenin、NF-κB等信号通路的持续激活则维持CAF的促瘤表型。这种活化状态具有“可塑性”，即CAF可在特定微环境刺激下发生表型逆转，这为靶向递送提供了动态干预的窗口。2CAFs的表面标志物与异质性CAFs的表面标志物是其靶向递送的关键依据，但目前尚有“金标准”标志物，不同研究报道的标志物存在重叠与差异。常用标志物包括：（1）成纤维细胞激活蛋白（FAP）：II型跨膜丝氨酸蛋白酶，在90%以上上皮源肿瘤的CAFs中高表达，正常组织仅在修复性组织（如伤口愈合）中短暂表达，是最具潜力的CAF靶点之一；（2）α-SMA：肌成纤维细胞的标志物，参与ECM收缩和基质硬化，但在血管平滑肌细胞、肌成纤维细胞中也有表达；（3）血小板衍生生长因子受体β（PDGFRβ）：CAF中高表达的酪氨酸激酶受体，参与CAF的募集与活化；（4）成纤维细胞特异性蛋白1（FSP1/S100A4）：与CAFs的促转移功能相关；（5）跨膜糖蛋白如CD73、CD90等，在CAF中也有较高表达。2CAFs的表面标志物与异质性CAFs的异质性是其靶向递送的核心挑战。基于单细胞测序技术，研究者已鉴定出多种CAF亚群，例如：（1）myCAFs（肌成纤维细胞样CAF）：高表达α-SMA、ACTA2，参与ECM沉积和基质硬化；（2）iCAFs（炎性CAF）：高表达IL-6、LIF等细胞因子，通过JAK-STAT信号促进肿瘤炎症反应；（3）apCAFs（抗原呈递样CAF）：表达MHC-II、CD74等分子，可能参与免疫调节；（4）perivascularCAFs（血管周CAF）：表达PDGFRβ、NG2，与血管生成密切相关。不同亚群在肿瘤进展中发挥不同作用，例如myCAFs促进肿瘤纤维化和药物屏障形成，iCAFs驱动免疫抑制，因此靶向特定亚群或联合靶向多个亚群可能是提高疗效的关键。3CAFs的促瘤机制CAFs通过多种机制促进肿瘤恶性进展，其作用贯穿肿瘤发生、发展、转移及治疗抵抗的全过程。3CAFs的促瘤机制3.1基质重塑与物理屏障形成CAFs是ECM的主要生产者，可大量分泌I型、III型胶原、纤连蛋白、透明质酸等ECM组分，并通过分泌赖氨酰氧化酶（LOX）等交联酶促进ECM交联，导致基质硬度增加。这种“纤维化”微环境不仅为肿瘤细胞提供物理支撑，促进其侵袭和转移，还会通过“刚度感应”激活肿瘤细胞的整合素信号（如FAK/Src通路），进一步促进增殖和EMT。同时，致密的ECM形成扩散屏障，阻碍化疗药物、免疫细胞等递送至肿瘤核心，降低治疗效果。3CAFs的促瘤机制3.2免疫抑制微环境构建CAFs通过多种机制抑制抗肿瘤免疫反应：（1）分泌免疫抑制性细胞因子，如TGF-β、IL-10，抑制T细胞、NK细胞活化；（2）招募调节性T细胞（Tregs）、髓源抑制细胞（MDSCs）等免疫抑制细胞，通过PD-L1/PD-1、CTLA-4等检查点分子抑制效应T细胞功能；（3）代谢竞争：CAF高表达CD73、CD39，将ATP转化为腺苷，激活腺苷A2A受体，抑制T细胞活性；同时消耗微环境中的葡萄糖，导致T细胞糖酵解受阻，功能衰竭。3CAFs的促瘤机制3.3血管生成与血管正常化CAFs分泌VEGF、FGF、PDGF等促血管生成因子，促进肿瘤血管新生，但形成的血管常结构异常、基底膜不完整，导致血流灌注不足和缺氧。然而，部分CAF亚群（如apCAFs）可分泌Angiopoietin-1等因子，促进血管正常化，改善血流，这可能为联合化疗或免疫治疗提供窗口。3CAFs的促瘤机制3.4药物抵抗与肿瘤干细胞维持CAFs通过直接和间接机制介导治疗抵抗：（1）分泌外泌体携带miR-21、miR-155等耐药相关microRNA，被肿瘤细胞摄取后下调促凋亡基因（如PTEN），激活PI3K/Akt通路，增强化疗抵抗；（2）激活肿瘤细胞中ABC转运蛋白（如P-gp），促进药物外排；（3）通过分泌HGF、EGF等维持肿瘤干细胞（CSCs）的自我更新能力，CSCs因其耐药性和致瘤性成为肿瘤复发和转移的根源。02肿瘤相关成纤维细胞靶向递送策略肿瘤相关成纤维细胞靶向递送策略基于CAFs的生物学特性和促瘤机制，靶向递送系统需解决三大核心问题：（1）特异性识别CAFs表面标志物，实现精准靶向；（2）穿透denseECM屏障，富集于肿瘤微环境；（3）响应TME刺激（如pH、酶、氧化还原）实现药物可控释放。目前，靶向递送策略主要包括靶向分子设计、载体系统优化及递送机制创新三个方面。1CAFs靶向分子设计靶向分子是实现CAF特异性的“导航头”，其选择需考虑CAFs表面标志物的特异性、表达丰度及可及性。目前研究较多的靶向分子包括小分子抑制剂、抗体/抗体片段、多肽及核酸适配体等。1CAFs靶向分子设计1.1小分子抑制剂小分子抑制剂因其分子量小、组织穿透性强、易于修饰等优点，成为CAF靶向递送的研究热点。FAP抑制剂是其中的典型代表，如FAP-04、FAP-2286等，其通过抑制FAP的丝氨酸蛋白酶活性，不仅可直接杀伤CAFs，还可作为靶向配体偶联药物或纳米载体。例如，研究者将FAP抑制剂与紫杉醇偶联，构建了FAPi-PTX偶联物，在胰腺癌模型中显著提高了药物在CAF中的富集，降低了系统性毒性。此外，靶向PDGFRβ的小分子抑制剂（如伊马替尼）也可作为靶向配体，通过与CAF表面PDGFRβ结合，促进载体摄取。1CAFs靶向分子设计1.2抗体及抗体片段抗体具有高特异性和亲和力，是CAF靶向的理想工具。抗FAP单克隆抗体（如sibrotuzumab）已进入临床试验，但其分子量较大（约150kDa），组织穿透能力有限。为克服这一缺点，研究者开发了抗体片段，如单链可变区片段（scFv，约25kDa）、纳米抗体（Nb，约15kDa）等。例如，抗FAP纳米抗体与脂质体偶联后，在肿瘤组织中的穿透深度较全抗体提高2倍以上，对CAFs的靶向效率提升3倍。此外，双特异性抗体（如同时靶向FAP和CD3）可同时招募T细胞杀伤CAFs，在临床前模型中显示出良好的抗肿瘤效果。1CAFs靶向分子设计1.3多肽适配体多肽因其结构简单、易于合成、低免疫原性等优点，在CAF靶向中应用广泛。靶向FAP的多肽（如FAPI，序列：Dpa-Ala-Lys-Phe-(p-I)Phe-Gly）可与FAP的活性口袋结合，亲和力达纳摩尔级别。研究者将FAPI修饰到脂质体表面，构建了FAPI-LP载体，在荷瘤小鼠中观察到载体在CAFs中的特异性富集，药物浓度较非靶向组提高5倍。此外，基于噬菌体展示技术筛选的CXCR4拮抗肽（如AMD3100类似肽）可靶向高表达CXCR4的CAF亚群，抑制其募集和活化。1CAFs靶向分子设计1.4核酸适配体核酸适配体（Aptamer）是通过SELEX技术筛选的单链DNA或RNA，可特异性结合靶标蛋白，具有高亲和力、低免疫原性、易于修饰等优点。靶向PDGFRβ的核酸适配体（如APT-PDGFRβ）可特异性结合CAF表面PDGFRβ，介导载体的细胞摄取。例如，将APT-PDGFRβ修饰到聚合物胶束表面，构建了APT-PDGFRβ-PM/DOX系统，在肝癌模型中显著提高了药物在CAF中的积累，抑制了基质重塑和肿瘤生长。2靶向递送载体系统设计载体系统是药物递送的“载体”，其需具备良好的生物相容性、稳定性及可控释放能力。目前，CAF靶向递送载体主要包括脂质体、高分子聚合物、无机纳米粒、外泌体及病毒载体等。2靶向递送载体系统设计2.1脂质体脂质体是最早应用于临床的纳米载体，由磷脂双分子层构成，可包封亲水性和疏水性药物。为提高CAF靶向性，研究者通常在脂质体表面修饰靶向分子（如FAP抗体、FAPI多肽）。例如，FAPI修饰的脂质体（FAPI-LP）包载吉西他滨后，在胰腺癌模型中表现出显著的CAF靶向富集，药物在肿瘤组织中的浓度较游离药物提高8倍，同时降低了骨髓抑制等毒性。此外，响应型脂质体（如pH响应、酶响应）可实现对CAF微环境的刺激释放。例如，基质金属蛋白酶（MMP）响应型脂质体在CAF高表达的MMP-2/9作用下，载体结构被破坏，实现药物定点释放。2靶向递送载体系统设计2.2高分子聚合物纳米粒高分子聚合物纳米粒（如聚乳酸-羟基乙酸共聚物PLGA、聚乙二醇-聚乳酸PEG-PLA）具有可控的药物释放速率和易于表面修饰的优点。研究者将FAP抗体与PLGA纳米粒偶联，构建了抗FAP-PLGA/DOX系统，在乳腺癌模型中观察到纳米粒在CAFs中的特异性摄取，通过抑制CAF活化，降低了ECM沉积和肿瘤纤维化，增强了化疗效果。此外，阳离子聚合物（如聚乙烯亚胺PEI）可负载核酸药物（如siRNA），靶向CAF后沉默促瘤基因（如TGF-β），逆转免疫抑制微环境。2靶向递送载体系统设计2.3无机纳米粒无机纳米粒（如金纳米粒、介孔二氧化硅纳米粒、上转换纳米粒）具有独特的光学、磁学性质，可同时实现靶向递送和诊疗一体化。例如，FAP修饰的金纳米粒（FAP-AuNPs）不仅可递载阿霉素杀伤CAFs，还可通过光热效应（近红外激光照射）破坏ECM结构，提高药物穿透性。介孔二氧化硅纳米粒（MSNs）具有高比表面积和可调控的孔径，可负载大量药物，其表面修饰FAPI后，在肝癌模型中实现了药物在CAF中的缓释，降低了药物峰浓度毒性。2靶向递送载体系统设计2.4外泌体外泌体是细胞分泌的纳米级囊泡（30-150nm），具有天然的低免疫原性、高生物相容性和跨细胞屏障能力。CAF来源的外泌体可携带miR-21、TGF-β等促瘤分子，促进肿瘤进展；反之，工程化改造的外泌体可负载药物并靶向CAF。例如，将树突状细胞（DC）来源的外泌体表面修饰FAP抗体，负载紫杉醇后，构建了FAP-Exo-PTX系统，在胰腺癌模型中显著提高了药物在CAF中的富集，抑制了肿瘤生长和转移。此外，外泌体可携带免疫调节分子（如抗PD-1抗体），联合CAF靶向和免疫治疗，发挥协同抗肿瘤效果。2靶向递送载体系统设计2.5病毒载体病毒载体（如腺病毒、慢病毒）具有高效的基因转导能力，可用于靶向CAF的基因治疗。例如，构建以FAP启动子调控的溶瘤腺病毒（FAP-Ad），在CAF特异性表达E1A蛋白，复制并裂解CAF，同时释放肿瘤相关抗原，激活抗肿瘤免疫。此外，CRISPR/Cas9基因编辑系统可通过病毒载体递送至CAF，敲除促瘤基因（如α-SMA），逆转CAF表型。3靶向递送机制优化为实现CAF高效递送，除靶向分子和载体系统设计外，还需优化递送机制，包括被动靶向、主动靶向及微环境响应释放等。3靶向递送机制优化3.1被动靶向与主动靶向协同被动靶向主要依赖肿瘤微环境的增强渗透滞留（EPR）效应，即纳米载体通过肿瘤血管内皮间隙（100-780nm）渗出并滞留在肿瘤组织。然而，CAFs介导的基质硬化可压缩血管，降低EPR效应效率，因此需结合主动靶向提高特异性。例如，FAPI修饰的脂质体（主动靶向）利用EPR效应富集于肿瘤组织，再通过FAPI与FAP结合实现CAF细胞摄取，双重靶向使药物在CAF中的浓度较单一靶向提高3倍以上。3靶向递送机制优化3.2基于CAFs代谢特性的靶向CAFs具有独特的代谢特征，如糖酵解增强、谷氨酰胺依赖等，可利用代谢底物类似物实现靶向递送。例如，2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG，糖酵解抑制剂）修饰的纳米载体可被CAF高表达的葡萄糖转运蛋白（GLUT1）摄取，实现CAF特异性递送。谷氨酰胺类似物（如DON）修饰的载体可靶向CAF的谷氨酰胺代谢，抑制其活化。此外，CAFs高表达乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2），可通过靶向脂肪酸代谢实现特异性递送。3靶向递送机制优化3.3微环境响应释放肿瘤微环境具有弱酸性（pH6.5-7.2）、高谷胱甘肽（GSH）浓度、高表达MMPs等特征，可设计响应型载体实现药物可控释放。例如，pH响应型载体（如聚β-氨基酯PBAE纳米粒）在CAF微环境的弱酸性条件下，载体结构崩解释放药物；MMP响应型载体（如肽交联水凝胶）在CAF高表达的MMP-2/9作用下，降解并释放药物；氧化还原响应型载体（如二硫键交联的脂质体）在高GSH浓度下，二硫键断裂实现药物释放。这些响应型载体可降低药物在正常组织中的泄漏，提高CAF局部药物浓度。03肿瘤相关成纤维细胞靶向递送的临床转化进展肿瘤相关成纤维细胞靶向递送的临床转化进展随着基础研究的深入，CAFs靶向递送系统已逐步从临床前研究向临床转化，部分项目已进入I/II期临床试验，初步显示出良好的安全性和有效性。1靶向FAP的放射性药物成像与治疗FAP在CAFs中的高表达使其成为放射性核素成像与治疗的理想靶点。FAPI（FAPinhibitor）是一类小分子FAP抑制剂，可与FAP特异性结合，其标记的放射性核素（如⁶⁸Ga、¹⁸F、¹⁷⁷Lu）已广泛用于临床研究。例如，⁶⁸Ga-FAPI-04PET/CT成像在多种肿瘤（如胰腺癌、肺癌、乳腺癌）中显示出比¹⁸F-FDG更高的肿瘤/背景比值，能清晰显示肿瘤浸润范围及CAF分布。在治疗方面，¹⁷⁷Lu-FAPI-677已进入I期临床试验，初步结果显示其在转移性去势抵抗性前列腺癌患者中具有良好的耐受性和抗肿瘤活性，部分患者达到部分缓解（PR）。此外，²²⁸Ac-FAPI（α核素）因具有高线性能量转移（LET）和长射程，可杀伤周围肿瘤细胞，在临床前模型中显示出显著的治疗效果，目前已进入临床前开发阶段。2靶向CAF的纳米药物递送系统基于纳米技术的CAF靶向药物递送系统已进入临床前研究后期，部分项目计划开展临床试验。例如，FAP修饰的脂质体（FAP-LP）包载吉西他滨，在胰腺癌临床前模型中显著提高了药物在CAF中的富集，降低了肿瘤纤维化，联合免疫检查点抑制剂（抗PD-1）可逆转免疫抑制，提高治疗效果。该系统已完成GLP毒理学研究，显示出良好的安全性，预计2024年进入I期临床试验。此外，PDGFRβ靶向的聚合物胶束（PDGFRβ-PM/DOX）在肝癌模型中表现出显著的CAF靶向性和抗肿瘤活性，已提交IND（新药申请），准备开展临床研究。3联合治疗策略的临床探索鉴于CAFs在肿瘤治疗抵抗中的关键作用，靶向CAF的联合治疗策略成为临床转化的重点方向之一。例如，靶向FAP的CAR-T细胞联合PD-1抑制剂，在胰腺癌模型中可同时清除CAFs和肿瘤细胞，逆转免疫抑制微环境，目前I期临床试验初步结果显示，患者疾病控制率（DCR）达60%。此外，小分子FAP抑制剂（如FAP-2286）联合化疗（如吉西他滨+白蛋白紫杉醇）在转移性胰腺癌患者中显示出协同抗肿瘤效果，中位无进展生存期（mPFS）较化疗组延长2.1个月（4.8个月vs2.7个月），且安全性可控。04面临的挑战与未来方向面临的挑战与未来方向尽管CAFs靶向递送研究取得了显著进展，但距离临床广泛应用仍面临诸多挑战，需从基础研究、技术转化及临床应用多方面突破。1CAFs异质性与靶点特异性CAFs的异质性是其靶向递送的核心挑战。不同肿瘤类型、不同肿瘤区域甚至单个CAF亚群的表型和功能存在显著差异，单一靶点（如FAP）可能无法覆盖所有CAF亚群，导致治疗效果受限。例如，部分胰腺癌中存在FAP阴性的CAF亚群，其可通过分泌IL-6驱动肿瘤进展，FAP靶向药物对其无效。未来需结合单细胞测序、空间转录组等技术，深入解析CAF亚群的分子特征，发现新的亚群特异性靶点（如iCAFs的IL-6、myCAFs的α-SMA），或开发多靶点协同递送系统（如同时靶向FAP和PDGFRβ），提高靶向广度和效率。2载体系统的优化与安全性目前CAF靶向递送载体仍存在一些局限性：部分载体（如脂质体、聚合物纳米粒）在血液循环中易被单核吞噬细胞系统（MPS）清除，导致肿瘤靶向效率降低；部分靶向分子（如抗体）可能引发免疫反应；部分载体材料（如某些聚合物）的生物相容性和长期毒性仍需验证。未来需开发新型载体材料，如“隐形”载体（聚乙二醇化、CD47修饰减少MPS摄取）、智能响应型载体（提高微环境响应特异性）、仿生载体（如细胞膜包被纳米粒，延长血液循环时间）。此外，需加强载体的长期毒性研究，确保临床应用的安全性。3临床转化中的个体化差异CAFs的表达和功能受肿瘤类型、分期、治疗史等多种因素影响，不同患者CAFs的靶点表达和微环境特征存在显著差异，这可能导致靶向递送治疗效果的个体化差异。例如，接受过化疗的患者，CAFs可能发生表型转化，靶点表达发生变化，影响靶向药物的疗效。未来需建立CAF分型体系，基于患者的CAF亚群特征和微环境状态，制定个体化靶向递送方案；同时开发伴随诊断技术（如FAPPET/CT），实现CAF靶点的实时监测和疗效评估。4联合治疗策略的协同机制CAFs靶向治疗需与其他治疗手段（如化疗、免疫治疗、放疗）联合，以发挥协同抗肿瘤效果。然而，不