靶向癌相关成纤维细胞的切伦科夫辐射调控胰腺癌胞外基质以增强化疗疗效

　　本研究针对胰腺癌间质纤维化阻碍药物递送的问题，开发了基于[68Ga]Ga-FAPI靶向CAFs介导的CR-PDT联合TPZ化疗的创新策略。该方案通过TiO2 NPs介导的氧无关ROS生成破坏基质屏障，同时加剧肿瘤缺氧激活TPZ前药，显著增强化疗效果，为纤维化肿瘤治疗提供新思路。

　　

胰腺癌被称为"癌王"，其治疗面临巨大挑战。这种肿瘤具有独特的肿瘤微环境（TME），其中大量癌症相关成纤维细胞（CAFs）产生丰富的细胞外基质（ECM），形成致密的纤维化间质。这种纤维化屏障不仅压迫血管导致血液供应不足，还阻碍化疗药物的渗透，使得常规治疗效果不佳。同时，胰腺癌组织中的缺氧微环境进一步导致肿瘤对化疗和放疗的抵抗。因此，如何有效调控肿瘤基质、改善药物递送并利用肿瘤缺氧特征，成为胰腺癌治疗的关键科学问题。

针对这一挑战，海军军医大学附属上海长征医院的研究团队在《Cell Biomaterials》上发表了一项创新研究，开发了一种基于切伦科夫辐射（Cerenkov radiation, CR）介导的光动力治疗（PDT）联合缺氧激活前药的协同治疗策略。该研究通过多模态成像技术、分子生物学方法和体内外实验验证，系统阐述了其作用机制和治疗效果。

研究人员采用的主要技术方法包括：①通过水热法合成不同尺寸的TiO₂纳米颗粒（NPs）并进行表面修饰；②利用⁶⁸Ga标记FAPI-04实现CAFs靶向PET成像；③建立人胰腺癌PANC-1细胞与CAFs共移植的小鼠模型；④采用多模态成像（PET/CT、SPECT/CT、荧光成像）评估药物分布和治疗效果；⑤通过RNA测序和生物信息学分析探索分子机制。

Bioinformatic analysis of FAP in patients with PAAD

通过对癌症基因组图谱（TCGA）和人类蛋白质图谱（HPA）数据库的分析，研究发现纤维细胞激活蛋白（FAP）在胰腺导管腺癌（PAAD）中显著高表达，且与肿瘤分期、分级和患者不良预后密切相关。蛋白相互作用网络显示FAP与多种纤维化相关蛋白（COL1A1、FN1、MMP2、TGF-β1等）存在显著相关性，为靶向CAFs的治疗策略提供了理论依据。

Synthesis and characterization of TiO₂ NPs

研究成功合成了5种不同尺寸（20-100nm）的TiO₂ NPs，其中60nm NPs表现出最佳的光吸收特性和CR能量转移（CRET）效率。NH₂修饰的TiO₂ NPs具有良好的生理稳定性和生物相容性，为后续的体内应用奠定了基础。

Intracellular distribution and intratumoral accumulation of TiO₂ NPs and [⁶⁸Ga]Ga-FAPI

细胞实验显示TiO₂ NPs能有效被肿瘤细胞和CAFs内化。体内分布研究表明，60nm TiO₂ NPs在肿瘤内保留时间最长（可达7天），而[⁶⁸Ga]Ga-FAPI能特异性靶向肿瘤CAFs，在注射后90分钟时肿瘤/肝脏比值达到1.53，显示出优异的肿瘤靶向性。

In vitro effect of CR-PDT&TPZ on PANC-1 cells

体外实验证实CR-PDT&TPZ联合治疗能显著增强抗肿瘤效果。在7.4MBq/mL [⁶⁸Ga]Ga、150μg/mL TiO₂ NPs和2.5μg/mL TPZ的最佳剂量下，联合治疗组细胞死亡率达到50.90%，显著高于单药治疗组。机制研究表明，CR-PDT通过氧非依赖性方式产生ROS，导致DNA双链断裂和细胞凋亡，同时消耗氧气加剧肿瘤缺氧，从而激活TPZ的细胞毒性作用。

In vivo performance of CR-PDT&TPZ

动物实验显示，CR-PDT&TPZ联合治疗能显著抑制肿瘤生长，治疗15天后肿瘤体积仅为初始的1.73倍，而对照组增长到7.18倍。生存分析表明联合治疗组小鼠中位生存时间达到58.4天，显著长于其他组。[¹⁸F]F-FDG PET/CT显示联合治疗组肿瘤葡萄糖代谢降低26.49%，病理检查显示明显的肿瘤坏死和凋亡。

Tumor ECM modulating and hypoxia intensification

研究发现CR-PDT能有效调控肿瘤ECM：[^99mTc]Tc-FAPI SPECT/CT显示CR-PDT组FAP表达降低50%；超声弹性成像显示肿瘤硬度从64.90kPa降至38.50kPa；Masson和PSR染色显示胶原纤维含量显著减少；免疫荧光显示HA和versican等ECM成分减少。同时，CD31染色和电镜观察显示血管扩张和内皮间隙增加，改善药物渗透。[¹⁸F]F-MISO PET/CT证实CR-PDT加剧肿瘤缺氧，缺氧/肝脏比值达到对照组的2.20倍。

Exploration of the mechanism of tumor ECM modulation by CR-PDT, using RNA-seq

RNA测序分析发现CR-PDT处理后的CAFs中有5972个基因表达发生显著改变。基因富集分析（GSEA）显示TGF-β/SMAD、PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信号通路被显著抑制。这些通路与CAFs活化、胶原沉积和ECM形成密切相关。免疫荧光验证了TGF-βRI、Smad2/3、PI3K、Akt、mTOR、Wnt2和β-catenin等关键蛋白的表达下调，而抑纤维化因子Smad7表达上调。

研究结论表明，基于[⁶⁸Ga]Ga-FAPI和TiO₂ NPs的CR-PDT能有效靶向CAFs，通过抑制TGF-β/SMAD、PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信号通路，减少胶原纤维形成和ECM沉积，降低肿瘤硬度，扩张血管改善药物渗透。同时，CR-PDT消耗氧气加剧肿瘤缺氧，增强缺氧激活前药TPZ的细胞毒性。这种联合治疗策略为纤维化肿瘤的治疗提供了新思路，特别是对于具有丰富间质的胰腺癌等恶性肿瘤。

该研究的重要意义在于首次将切伦科夫辐射介导的光动力治疗与缺氧激活化疗相结合，通过多机制协同作用克服胰腺癌的治疗瓶颈。不仅实现了对CAFs的精准靶向和调控，还巧妙利用了肿瘤缺氧微环境，为放射性核素结合纳米医学在癌症治疗中的应用开辟了新途径。