电激活纳米酶用于原位肿瘤疫苗接种：协同多酶催化与电动力治疗

本研究针对口腔鳞癌治疗中存在的传统疗法耐药、抗氧化防御及免疫逃逸等挑战，开发了一种集成电动力治疗(EDT)、化学动力治疗(CDT)和免疫治疗的多功能纳米酶平台MIL-100(Fe)@Pt@R837@HA (HMPR)。该平台通过多酶活性实现产氧、羟基自由基生成和谷胱甘肽耗竭，联合电刺激显著增强活性氧产生，诱导免疫原性细胞死亡(ICD)和铁死亡，同时释放免疫佐剂R837重塑免疫抑制微环境，显著增强PD-1阻断疗效，为实体瘤治疗提供新策略。

　　

口腔鳞状细胞癌(OSCC)是头颈部最常见的恶性肿瘤之一，全球发病率高且死亡率接近50%，给公共卫生带来严峻挑战。尽管手术、放疗和化疗等传统治疗手段不断进步，晚期或复发性OSCC患者的预后仍然较差。因此，开发创新治疗方法迫在眉睫。

电化学治疗(EChT)作为一种替代疗法，已在口腔癌和皮肤癌治疗中得到应用，特别是在中国、巴西和德国等国家。这种治疗方法以其微创性、成本效益和肿瘤消除效果而备受关注，尤其适用于不适合手术的患者。然而，传统直流电治疗会导致严重的pH变化，可能损伤周围健康组织，且有效治疗范围仅限于电极附近区域，对于较大肿瘤尚无标准化电极配置方案。

近年来，纳米医学的进步催生了电动力治疗(EDT)新概念，该方法利用贵金属纳米颗粒（如铂、钯、铱）结合电刺激(ES)来放大活性氧(ROS)生成，从而根除肿瘤细胞。EDT的机制涉及在电刺激下，铂纳米颗粒(Pt NPs)表面发生水电催化反应，产生高毒性的羟基自由基(·OH)，同时氯离子被氧化生成次氯酸，经Pt NPs进一步活化后共同发挥强大的肿瘤细胞清除作用。这一过程不依赖氧气，克服了缺氧肿瘤微环境(TME)的治疗限制。然而，高水平的谷胱甘肽(GSH)会清除ROS并减轻氧化应激，进而影响治疗效果。

除了增强原位ROS生成，抑制细胞内抗氧化系统（特别是耗竭GSH）也是抑制肿瘤生长的常用策略。化学动力治疗(CDT)利用酸性TME和过氧化氢(H₂2O₂)过表达，通过Fenton或类Fenton反应催化产生高毒性·OH。许多纳米酶不仅能催化·OH产生，还能同时耗竭细胞内GSH，从而增强抗肿瘤效果。因此，整合CDT和EDT的治疗策略通过利用内源性和外源性刺激，为增强肿瘤消除提供了协同平台。

然而，除了抑制原发性肿瘤生长，预防和治疗肿瘤复发仍然是癌症治疗中的关键挑战，这需要将免疫治疗纳入综合治疗策略。与传统疗法直接杀死肿瘤细胞不同，免疫治疗通过激活患者自身免疫系统来消除肿瘤，具有高特异性、持久反应和靶向转移病灶等独特优势。最近研究表明免疫治疗在晚期和复发性OSCC中显示出良好疗效，但总体反应率仍然较低，这主要归因于肿瘤细胞免疫原性有限、高肿瘤负荷以及TME驱动的免疫抑制通路激活。

有趣的是，EDT和CDT不仅对肿瘤细胞产生直接细胞毒性作用，还能通过免疫原性细胞死亡(ICD)过程激活免疫系统。然而，单独由EDT或CDT诱导的ICD通常不足以引发强大而系统的免疫反应，这限制了治疗效果。这一局限性引起了人们对纳米疫苗概念的日益关注。传统纳米疫苗涉及从患者体内提取肿瘤相关抗原(TAAs)，在体外与免疫佐剂进行工程化改造，然后重新引入体内以引发抗原特异性免疫反应。尽管具有潜力，这些策略通常成本高昂且复杂。基于这一原理，研究人员假设将免疫佐剂与ICD诱导剂（通过EDT/CDT机制）组合整合，可以促进宿主免疫系统的原位激活，从而构建"原位纳米疫苗"平台，为增强抗肿瘤免疫提供简化而有效的方法。

在这项发表于《Materials Today Bio》的研究中，研究人员开发了一个创新平台，整合了EDT、CDT和免疫治疗。具体而言，他们设计了一种多功能纳米酶MIL-100(Fe)@Pt@R837@HA (HMPR)，能够通过内源性H₂O₂催化分解和外部电刺激产生大量ROS，同时耗竭GSH诱导铁死亡和ICD。平行地，H₂O₂的催化分解也产生氧气，从而缓解TME中的缺氧状况。肿瘤细胞中升高的GSH浓度触发HMPR解体，导致免疫调节剂R837释放，促进树突状细胞(DC)成熟和免疫激活。这一级联反应不仅增强了TAAs释放，还促进了抗原呈递和T细胞启动，共同将TME从免疫抑制的"冷"状态重编程为免疫刺激的"热"状态，显著提高了PD-1检查点阻断的疗效。

研究人员采用的主要技术方法包括：通过溶剂热法合成MIL-100(Fe)，化学还原法制备铂纳米颗粒(Pt NPs)，随后通过表面修饰和负载工艺构建多功能纳米酶体系。利用透射电镜(TEM)、能量色散X射线光谱(EDS)、动态光散射(DLS)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对纳米材料进行表征。通过体外酶活性检测、细胞毒性实验(CCK8法)、免疫荧光显微镜、流式细胞术、Western blot分析等技术评估纳米酶的生物效应。建立C3H小鼠SCC7肿瘤模型进行体内治疗实验，通过活体成像、组织切片染色(H&E、Ki-67、TUNEL)、免疫组化和ELISA等技术评估治疗效果和免疫反应。

研究结果显示，HMPR纳米酶成功制备并表现出均匀的球形形态，粒径小于200纳米，具有良好的胶体稳定性和肿瘤靶向能力。该纳米酶表现出多种酶样活性，包括过氧化物酶(POD)、氧化酶(OXD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和电动力特性。在酸性条件下，HMPR能有效催化TMB氧化，在H₂O₂存在下协同增强催化性能。电刺激下，HMPR能产生大量ROS，且 electrocatalytic效率与Pt NPs负载比呈正相关。

体外实验表明，HMPR在肿瘤模拟条件(pH = 6.0, 100 μM H₂O₂)下对SCC7细胞表现出显著细胞毒性，电刺激进一步增强了这种细胞毒性。HMPR能有效耗竭细胞内GSH，下调GPX4表达，诱导脂质过氧化(LPO)和铁死亡。重要的是，HMPR在电刺激和模拟TME条件下能有效诱导ICD，表现为钙网蛋白(CRT)暴露、高迁移率族蛋白B1(HMGB1)释放和ATP分泌增加。

体内实验证实，HMPR能有效靶向肿瘤并长时间滞留，联合电刺激显著抑制肿瘤生长，诱导肿瘤细胞凋亡和铁死亡。免疫学分析显示，HMPR+ES治疗能促进DC成熟、增加CD8⁺ T细胞浸润、促进M1型巨噬细胞极化和效应记忆T细胞形成，显著改善免疫抑制微环境。

最终，研究人员将HMPR介导的EDT和铁死亡与αPD-1免疫治疗相结合，在双侧肿瘤模型中显示出协同抗肿瘤效果。联合治疗不仅显著抑制原发肿瘤生长，还能有效控制远处肿瘤，建立长效免疫记忆，为OSCC及其他实体瘤治疗提供了新策略。

研究结论表明，HMPR纳米酶通过响应酸性pH、高H₂O₂水平和外部电刺激，实现多酶协同催化反应，产生大量ROS并耗竭GSH，同时释放免疫佐剂R837。产生的ICD触发TAAs释放，而R837通过DC成熟和T细胞启动协同激活系统免疫，共同建立原位"肿瘤疫苗"。同时，纳米酶缓解缺氧并调节免疫抑制TME。肿瘤疫苗与PD-1免疫检查点阻断联合，通过促进肿瘤特异性T细胞激活和逆转TME中的T细胞耗竭，协同增强抗肿瘤免疫。通过整合EDT、铁死亡诱导和免疫治疗，该方法为电激活癌症治疗开创了新策略，不仅适用于OSCC，也可推广至其他类型癌症。