南京大学张冰/辛小燕教授团队:光门控PROTAC纳米药物降解HMGCR,重编程脂质代谢诱导铁死亡与抗肿瘤免疫

三阴性乳腺癌（TNBC）中脂质代谢高度异常，甲羟戊酸（MVA）通路限速酶HMGCR是关键的代谢开关。他汀类药物可抑制HMGCR并改善患者生存，但其可逆抑制会诱发HMGCR代偿性上调，增强肿瘤铁死亡耐受性并促进免疫抑制。

针对这一瓶颈，南京大学医学院附属鼓楼医院医学影像科张冰/辛小燕教授团队开发了一种自组装纳米药物PRO-P（~170 nm），将靶向HMGCR的PROTAC（PRO）与GSH响应型光敏剂Ppa整合于一体，通过降解HMGCR重编程脂质代谢，增强光免疫治疗并诱导铁死亡，在体内外均展现出强效抑瘤与抗转移能力。如果您希望将PROTAC应用于代谢-免疫交叉调控，集思慧远可以协助进行分子设计、纳米递送及体内外机制验证等整套方案设计及完成。

标题：PROTAC‑Mediated HMGCR Depletion Reprograms Lipid Metabolism in Breast Cancer to Potentiate Photoimmunotherapy via Ferroptosis.

译名：PROTAC介导的HMGCR降解能够重新调控乳腺癌中的脂质代谢机制，从而通过铁死亡效应增强光免疫疗法的效果

影响因子：IF=14.1/Q1

期刊：Advanced science

发表时间：2026年1月4日

集思慧远可针对疾病靶点设计PROTAC、或可结合AI设计针对难成药靶点的高亲和力抑制剂以辅助PROTAC开发，或使用纳米载体递送PROTAC分子。后续分子实验、机制研究到细胞/动物验证等每一环节均有技术托底。有需要的老师欢迎长按二维码咨询。

2. 纳米递送系统合成与表征：设计靶向HMGCR的PROTAC，并与光敏剂Ppa共组装为纳米粒PRO-P，表征粒径、形貌、稳定性、GSH响应性和ROS释放等；

3. 机制验证、体内外靶向能力与疗效：WB、TEM和生化指标检测阐明PRO-P纳米粒治疗机制，细胞/动物验证PRO-P靶向性、抗肿瘤活性；

4. 免疫重塑与远端效应：免疫共培养、流式细胞术和生信分析等证明PRO-P-L可改变关键免疫细胞组成，抑制远处转移和肺转移。

整合GEO、TCGA数据库的TNBC批量RNA-seq（105例肿瘤、85例对照）进行GeneMANIA分析，发现HMGCRy与胆固醇代谢相关基因形成功能模块（图2a）。GSEA富集分析显示HMGCR参与SMID乳腺癌基底亚型上调通路（胆固醇驱动）及下调通路（抑癌失活），提示亚型特异性转录程序（图2b）。

TimeROC和IPS分析显示，HMGCR在TNBC中显著高表达（图2c-e），与患者长期生存负相关（图2f），且高表达组免疫治疗获益更低（图2g-h）。scRNA-seq（9例患者、32,235个细胞）分析显示HMGCR高表达于上皮细胞与T细胞，抑制CD8+T细胞毒性功能（图2i-o）。表明使用药物或遗传干扰HMGCR活性，可能促进强健持久的免疫反应产生，有望成为提升TNBC免疫疗法疗效的新靶点。

PRO-P纳米粒制备：首先合成HMGCR靶向PROTAC分子（以洛伐他汀为HMGCR配体，连接CRBN E3连接酶配体）与Ppa-SS-AA（花生四烯酸AA通过二硫键连接光敏剂Ppa），随后通过纳米沉淀法自组装制备PRO-P。

表征：TEM、DLS和AFM显示PRO-P粒径约170 nm（图3b-d、f），EDS证实C、N、O、S元素组成（图3e），72 h内PDI稳定在~0.2、zeta电位呈电负性（图3g-h），UV吸收峰匹配PROTAC与Ppa特征（图3i）；体外溶血率＜5%，生物相容性优异（图3j-k）。

GSH响应性释放实验、荧光光谱与亚甲基蓝光降解实验证实PRO-P可响应肿瘤微环境释放药物，保留光动力产ROS能力（补充图）。以上表明PRO-P成功开发为自组装的PROTAC-光敏化纳米颗粒，具有良好的物理化学稳定性、高药物载荷能力和优异的生物相容性，实现了HMGCR的靶向降解和增强的肿瘤选择性递送。

验证PRO-P细胞摄取、溶酶体逃逸及体外抗肿瘤活性。共聚焦显微镜与流式细胞术显示，PRO-P在4T1细胞中摄取呈时间依赖性，24 h摄取率55.7%，较游离Ppa提升1.34倍（图4a-b）。溶酶体共定位实验证实PRO-P可有效逃逸溶酶体（图S10）。

CCK8测得激光激活后PRO-P（PRO-P-L）的IC50约0.28 μg/mL，凋亡率达88.62%（图4c-d），活死染色、CCK8和划痕实验证实PRO-P-L显著促进细胞凋亡，抑制细胞增殖与迁移（图4d-i）。表明PRO-P可高效被4T1细胞摄取、逃逸溶酶体，激光激活后展现极强体外抗肿瘤活性。

体外探讨并证实了PRO-P固有的细胞毒性机制。WB显示他汀类药物诱导HMGCR代偿性上调，而PRO-P（PRO-P-L）可剂量/时间依赖性降解HMGCR，显著下调GPX4表达（图5b-g）；共聚焦显微镜证实GPX4荧光强度降低＞90%（图5h-i）。

PRO-P-L使细胞内GSH降低96%、CoQ10减少36%（图5j-k），脂质过氧化物（LPO）升高＞90%（图5l-m），线粒体膜电位下降＞95%（图5n-o），TFR-1表达显著上调（图5p-q）；TEM观察到铁死亡特征性线粒体皱缩、嵴减少（补充图）。表明激光照射激活的PRO-P不可逆降解HMGCR，破坏CoQ10-GPX4抗氧化轴，联合光动力效应强效诱导肿瘤细胞铁死亡。

验证PRO-P-L的免疫原性细胞死亡（ICD）效应及免疫微环境重塑能力。激光激活后PRO-P-L使4T1细胞死亡率＞90%，ROS生成量为对照组9.54倍，ATP含量显著降低，细胞膜CRT暴露、HMGB1释放增加，诱发ICD（图6b-j）。

TCGA数据库GO/KEGG分析显示HMGCR参与抗原呈递、T细胞活化等免疫通路（图6k-l）。免疫共培养实验显示，PRO-P-L使成熟DCs增加4.3倍、CD8+T细胞增加2.6倍，Treg细胞比例降低（图6m-r）。表明PRO-P-L通过诱导ICD重塑免疫微环境，激活强效抗肿瘤免疫应答。

评估PRO-P-L在小鼠体内的肿瘤靶向性、抑瘤效果与系统毒性。近红外荧光成像显示PRO-P在肿瘤部位高效富集且滞留时间延长（图7b-c）。4T1皮下移植瘤模型中，PRO-P-L组肿瘤抑制率92.5%，肿瘤体积与重量显著低于其他组，小鼠体重无明显变化，肝肾功能无异常，主要脏器HE染色无病理损伤（图7d-e）。

肿瘤组织HE染色显示核固缩、凋亡小体明显，TUNEL染色显示凋亡增加，Ki67、GPX4表达显著降低（图7i）。表明PDT与PRO-P结合，通过同时产生细胞凋亡和铁死亡，显著抑制肿瘤发展，为增强肿瘤治疗提供了有前景的方法。

解析PRO-P-L对肿瘤局部与全身免疫细胞的调控作用。ssGSEA、Spearman相关性分析显示，CD8+T细胞、NK细胞等9类免疫细胞浸润均与HMGCR表达显著负相关，其中活化CD8+T相关性最高（图8a-b）。ESTIMATE、TIP分析证实低HMGCR组免疫评分更高，抗癌免疫循环更活跃（图8c-d）。

流式细胞术显示，PRO-P-L组肿瘤组织CD8+T、颗粒酶B+CD8+T、NK细胞比例升高，Treg细胞降低（图8e-h）；脾脏CD8+T、成熟DCs、中枢记忆T细胞显著增加（图8i-k）。表明PRO-P-L打破了免疫抑制微环境，增强了效应细胞（CD8+ T、NK）和记忆T细胞，同时抑制Treg细胞功能，共同诱导强烈且持久的抗肿瘤免疫反应。

验证PRO-P-L对TNBC远处转移的抑制效果。双侧肿瘤模型（左侧原位治疗+激光，右侧为未治疗模拟远处转移）显示，PRO-P-L不仅抑制原位肿瘤，对未照射远端肿瘤抑制率达79%（图9a-d）。

肺转移模型中，PET/MRI定量分析显示PRO-P-L组肿瘤代谢体积（MTV）、总病灶糖酵解（TLG）显著降低（图9f-j）。肺组织观察与HE染色显示，PRO-P-L组肺表面无明显转移结节，肺组织结构完整（图9k）。表明PRO-P-L通过重构肿瘤免疫环境中的关键亚群，并通过PROTAC介导的HMGCR降解，有效地抑制远处肿瘤的增殖和转移。

本研究以三阴性乳腺癌脂质代谢异常为突破口，成功构建PROTAC联合光免疫治疗的智能纳米药物PRO‑P，通过不可逆降解HMGCR、触发铁死亡、重塑肿瘤免疫微环境，实现了高效抑瘤、清除转移、低毒安全的一体化治疗效果。

该研究完整覆盖多组学靶点验证、PROTAC分子设计与合成、纳米载药系统构建、体外机制验证、动物模型药效评估、组学机制深度解析全链条，实验体系成熟、技术路线清晰、成果转化潜力突出。集思慧远可全程复刻本文核心实验，并为您提供课题创新设计、实验方案优化、纳米药物合成等一站式科研服务。

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