综述：通过纳米技术进行表观遗传和代谢重编程：肺癌疫苗的协同方法

本综述深入探讨了如何利用纳米技术协同调控肺癌免疫抑制微环境（TME）中的表观遗传（Epigenetic）和代谢（Metabolic）重编程，以增强癌症疫苗疗效。文章系统分析了代谢异常（如乳酸积累、缺氧）与表观遗传失调（如DNA甲基化、组蛋白修饰）之间的双向互作机制，提出了“Epi-Met-Immune协同网络”这一创新框架，并详述了纳米平台在共递送DNMTi、HDACi、LDHi等药物、实现精准靶向和时序控制方面的突破性策略，为克服肺癌疫苗耐药提供了全新思路。

　　

Introduction

癌症疫苗作为一种免疫治疗策略，在肺癌中却因高度免疫抑制的肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）而屡屡受挫。这种免疫抑制并非由单一因素造成，而是代谢重编程（Metabolic Reprogramming）与表观遗传失调（Epigenetic Dysregulation）之间复杂的双向相互作用所共同 orchestrate 的。它们形成了一个稳定的、自我强化的病理网络，使得诸如MAGE-A3和L-BLP25等疫苗在临床试验中未能显著改善患者生存。

Characteristics of the immunosuppressive lung TME and challenges for cancer vaccines

Immunosuppressive mechanisms in the lung tumor microenvironment

肺癌TME是免疫功能障碍的典型范例。调节性T细胞（Tregs）和髓源性抑制细胞（MDSCs）大量积聚，通过表达CTLA-4、PD-1等检查点分子，以及分泌IL-10、TGF-β等细胞因子，建立起主导的免疫抑制网络。它们的功能稳定性依赖于特定的代谢适应，如增强脂肪酸氧化和抵抗乳酸抑制。

Metabolic abnormalities and their impact on immune cell function

肺癌的代谢景观深刻塑造了免疫细胞的功能。肿瘤细胞的有氧糖酵解导致大量乳酸产生，创造了一个酸性微环境，直接损害T细胞增殖和细胞毒性功能。缺氧区域则稳定缺氧诱导因子（HIFs），驱动免疫抑制性转录程序。此外，色氨酸、精氨酸等必需氨基酸的耗竭，进一步抑制了T细胞的活化和功能。

Epigenetic determinants of T cell exhaustion in the lung tumor microenvironment

T细胞耗竭（T cell exhaustion）是限制疫苗疗效的表观遗传编码的免疫功能障碍范例。耗竭的T细胞具有独特的染色质可及性景观，其特征是效应基因位点的不可接近与抑制性受体基因位点的可及性增强。伴随而来的是区域特异性的DNA甲基化模式，包括细胞因子启动子（如IFN-γ）的超甲基化和免疫检查点位点（如PD-1）的低甲基化。组蛋白修饰进一步塑造了这一架构，例如，效应基因增强子区域的H3K27ac和H3K4me1减少，而抑制性受体位点则富集这些激活标记。EZH2（PRC2复合物的催化亚基）沉积的抑制性H3K27me3标记在关键效应基因启动子处积累，沉默细胞毒性程序。这种表观遗传失衡由增加的HDAC活性维持，它耗尽了关键效应位点的激活乙酰化标记。

The role of epigenetic regulation in reversing lung cancer immunosuppression

DNA methyltransferase inhibitors promoting lung cancer antigen expression

DNA甲基转移酶抑制剂（DNMTi）如阿扎胞苷和地西他滨，可通过诱导全球DNA低甲基化，重新激活被沉默的肿瘤抗原（如癌症-睾丸抗原）和MHC I类分子。其机制远超抗原再表达，还能激活内源性逆转录病毒元件，触发“病毒模拟”反应，诱导I型干扰素信号，增强树突状细胞（DC）活化和T细胞 priming。

Histone deacetylase inhibitors enhancing T cell memory responses

组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）通过增加记忆相关基因位点的组蛋白乙酰化，促进记忆T细胞的分化和维持。它们在T细胞中增强记忆形成相关转录因子的表达，并伴随向氧化磷酸化的代谢重编程。HDACi还能降低T细胞上抑制性受体的表达，并增强抗原呈递细胞的功能。

Non-coding RNAs in immune regulation

非编码RNA，如microRNA（miRNA）和长链非编码RNA（lncRNA），是表观遗传免疫调节的新前沿。肿瘤衍生的外泌体携带免疫抑制性miRNA（如miR-21, miR-155）可重编程免疫细胞。而lncRNA如NEAT1和MALAT1分别调控MDSC功能和DC分化。

The Epi-Met-Immune synergistic network: a framework for therapeutic design

Beyond linear pathways: the need for an integrated network model

设计肺癌TME疗法需要摒弃线性思维。表观遗传沉默和代谢敌意相互交织，形成病理性的双向反馈回路，建立并维持了极其稳定的免疫抑制状态。我们提出了“Epi-Met-Immune协同网络”这一多层框架，用以绘制关键分子和细胞参与者、它们的动态相互作用以及合理的治疗干预节点。

Layers and nodes of the network

该网络概念化为三个相互关联、相互依赖的层。基础的表观遗传层（Epigenetic Layer）包含染色质景观的架构师——书写、擦除和读取表观遗传标记的酶机器，关键节点包括DNMTs、HDACs和EZH2。这种表观遗传控制直接支配代谢层（Metabolic Layer），其包含核心代谢途径，其效应代谢物兼具细胞燃料和有效信号分子的功能，关键节点包括糖酵解和氧化磷酸化（OXPHOS），代谢物如乳酸、琥珀酸、α-酮戊二酸直接影响表观遗传酶活性，而通用供体如S-腺苷甲硫氨酸（SAM）和乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）的可用性将代谢状态直接与表观遗传潜力联系起来。最终，这种复杂的表观-代谢交叉对话的功能输出体现在免疫层（Immune Layer），它包含了抗肿瘤反应的主要细胞参与者，包括细胞毒性效应细胞（CD8⁺ T细胞、NK细胞）、免疫抑制群体（Tregs、MDSCs、M2极化的TAMs）和专业抗原呈递细胞（DCs）。

Dynamic interactions and paradigmatic feedback loops

该框架的真正力量在于绘制驱动治疗抵抗的自我延续回路。一个典型的例子是Warburg效应，它导致TME中乳酸富集。乳酸，现在被认为是一种有效的oncometabolite，作为α-酮戊二酸依赖性双加氧酶（包括TET酶和某些组蛋白去甲基化酶）的竞争性抑制剂。这种表观遗传重编程破坏了浸润CD8⁺ T细胞中关键效应细胞因子（如IFN-γ和颗粒酶B）的表达，从而通过表观遗传机制将代谢副产物与严重的免疫功能障碍直接联系起来。这种串扰是深刻双向的。相反，表观遗传程序可以决定代谢命运，正如注定要耗竭的T细胞中所见。在这里，关键的表观遗传书写者如EZH2主动执行抑制性转录程序，沉默T细胞增殖、存活和代谢适应性所需的整个基因网络。这整个病理循环由TME的低氧、营养匮乏条件稳定下来，创造了一种对逆转具有显著抵抗力的免疫麻痹状态。

Network plasticity and therapeutic sequencing

至关重要的是，Epi-Met-Immune网络不是一个静态实体，而是一个在选择压力下演变的动态系统。这提出了一个关键的治疗机会：干预的策略性排序（chronotherapy）。表观遗传调节剂是否可以作为 priming 剂部署，以逆转表观遗传固定，并为后续的癌症疫苗或ICI重新打开一个脆弱性窗口？理解网络的时间动态对于设计不仅有效而且时机精确的治疗至关重要。

A rational map for nanotherapeutic intervention

Epi-Met-Immune网络作为治疗设计范式转变的理性图谱——从单剂靶向到多管齐下的系统级破坏。通过可视化互连的节点，我们可以识别战略干预点。纳米平台共递送多种药剂，同时攻击该网络内的不同病理连接，代表了朝向受控拆除整个免疫抑制架构的行动。

Epigenetic influence on metabolic reprogramming in enhancing lung cancer vaccine response

该网络的功能表现受其在肿瘤结构内的空间组织深刻支配。TME不是一个同质的混合物，而是一个具有不同生态位的结构化景观，这些生态位决定了网络的局部拓扑。因此，对个体细胞群的分析必须通过这种空间透镜来解释，认识到它们的表观遗传和代谢状态从根本上是由它们在肿瘤生态系统中的精确位置所塑造的。

Epigenetic regulation of lung cancer-associated macrophages

肺癌相关巨噬细胞（TAMs）经历广泛的表观遗传重编程，塑造其代谢和功能表型。M2样TAM中参与氧化磷酸化的关键代谢基因被表观遗传沉默，而糖酵解基因则显示可及性和表达增加。TAMs的代谢重编程创建一个自我强化的循环，维持其免疫抑制表型。TAMs中增强的糖酵解导致乳酸产生，乳酸通过GPR81受体起作用，诱导进一步的表观遗传变化，包括HDAC酶的表达增加。

Epigenetic regulation of T lymphocytes

肿瘤浸润T淋巴细胞的表观遗传景观深刻影响其代谢编程和功能能力。耗竭T细胞在代谢基因位点表现出特定的甲基化模式，糖酵解酶启动子的超甲基化和线粒体生物发生基因的染色质可及性改变。代谢物可用性和酶活性介导了T细胞中的代谢-表观遗传相互作用。例如，通用甲基供体S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的可用性影响甲基化模式，而乙酰辅酶A水平调节组蛋白乙酰化。

Epigenetic regulation of cancer-associated fibroblasts

癌症相关成纤维细胞（CAFs）经历了显著的表观遗传重编程。这些变化直接影响CAF代谢，将其转向糖酵解代谢，并增强支持肿瘤生长和免疫抑制的代谢物产生。CAFs表现出独特的代谢特征，包括反向Warburg代谢，它们向肿瘤细胞提供乳酸和其他代谢物。这种代谢表型由关键代谢基因位点的表观遗传修饰维持。

Nanoplatforms: overcoming the pharmacological barriers of epigenetic therapy

Epigenetic regulation in lung cancer therapy

尽管表观遗传疗法潜力显著，但其临床转化面临重大药理学挑战，包括严重的脱靶效应、剂量限制性毒性（如骨髓抑制）、次优的药代动力学特性（如快速全身清除、肿瘤组织渗透差）以及显著的肿瘤间和肿瘤内异质性。这些障碍共同阻止游离药物在肿瘤内达到和维持治疗有效浓度。

Targeted nano-delivery systems

纳米载体为递送表观遗传药物提供了独特优势，包括保护免于降解、增强肿瘤积累和控制释放动力学。先进的纳米平台设计结合了刺激响应元件，例如pH响应型纳米载体利用酸性TME触发特异性药物释放，而氧化还原响应系统利用癌细胞中 elevated 的谷胱甘肽水平实现细胞内药物释放。针对TME内特定免疫群体的细胞特异性递送需要复杂的靶向方法，例如用免疫细胞标记抗体装饰的纳米颗粒可以实现选择性递送。

Synergistic effects of co-loading metabolic regulators and epigenetic nanomedicine

将代谢调节剂和表观遗传药物共同封装在纳米平台内产生协同效应，这源于细胞代谢和表观遗传调控之间的基本互连。在分子水平上，代谢抑制剂（如2-脱氧葡萄糖或LDHi）减少了通常抑制表观遗传酶的oncometabolites的产生。当与直接的表观遗传调节剂（如HDACi或DNMTi）结合时，这种代谢重编程协同增强染色质重塑和基因表达变化。这种组合对TME内的免疫细胞功能产生重大影响，共同递送可防止耗竭程序的表观遗传印记，并导致T细胞细胞毒性相比单一疗法显著增强。

Immune adjuvant functions of epigenetic nano-vaccines

除了药物递送，纳米平台本身可以作为免疫佐剂。纳米颗粒的物理化学性质（大小、形状、表面化学）影响其免疫原性。20-200 nm范围内的纳米颗粒可被树突状细胞有效摄取并运输至淋巴结，非常适合启动免疫反应。无机纳米颗粒可以通过多种途径激活先天免疫反应。仿生纳米平台代表了疫苗设计的新前沿，例如细胞膜包被的纳米颗粒将合成载体的药物递送能力与细胞膜的生物功能相结合。

Future directions and clinical translation challenges

From single-node targeting to rational network disruption

表观遗传纳米医学的未来不在于简单改进单一药物的递送，而在于合理设计能够克服TME最强大特性——其适应性抵抗能力——的平台。这需要将我们对Epi-Met-Immune协同网络的看法从一个免疫抑制的静态地图提升为一个治疗失败的动态引擎。下一个范式转变将涉及利用患者特异性数据来指导这些攻击。

A clinical roadmap: from network theory to precision intervention

将Epi-Met-Immune网络概念操作化需要一个闭环、四阶段的临床范式。该过程始于高分辨率诊断，使用液体活检绘制患者特异性网络拓扑并识别其主要免疫抑制回路。然后，该功能图指导在患者衍生模型（如肿瘤类器官）中对合理选择的多组分纳米平台进行 rigorous 的离体验证，以确认其 dismantle 目标通路的能力。只有经过这种个性化的功效确认后，协同疗法才被施用，启动一个连续反馈循环，其中系列监测实时跟踪网络的适应性重连。这最后阶段支持动态治疗引导，允许调整治疗以先发制人地对抗抵抗并确保持久的临床获益。

Overcoming the physical and manufacturing barriers

尽管临床前结果 promising，但这些复杂网络破坏疗法的转化面临两个交织的工程挑战：制造可扩展性和穿透肿瘤微环境。多组分纳米疗法的临床转化关键受限于CMC（化学、制造和控制）的挑战。成功制造后，这些纳米颗粒面临第二个挑战：TME的深刻异质性。因此，未来的策略必须进化到超越被动积累，包括主动靶向配体、使用免疫细胞作为特洛伊木马的仿生涂层，以及智能的、刺激响应的系统，设计为仅在到达深部肿瘤核心的特定代谢或pH条件时才触发药物释放。

Ensuring clinical viability and economic accessibility

最终，这些变革性疗法的成功将由其真实世界的临床可行性和经济可持续性决定。确保这些技术的公平获取需要一个全面的框架，平衡 immediate 的预算约束与长期的社会效益。