新型纳米生物复合材料协同激活PAN凋亡与cGAS-STING通路实现精准癌症免疫治疗

本文创新性地构建了工程化大肠杆菌BL21（EcBD）与可降解铈锰氢氧化物纳米颗粒（CeMn(OH)x NPs）复合体系EcBD@CeMn(OH)x，通过协同诱导PANoptosis（泛凋亡）和激活cGAS-STING天然免疫通路，有效逆转肿瘤免疫抑制微环境，为克服肿瘤耐药性和实现精准免疫治疗提供了新策略。

　　

亮点

通过整合工程化细菌与功能纳米材料，构建了可精准靶向肿瘤并诱导多重细胞死亡模式的创新治疗平台。

引言

免疫治疗因其通过激活患者免疫系统选择性清除肿瘤细胞的能力而受到广泛关注。然而其疗效受限于免疫抑制性肿瘤微环境（TME）和肿瘤细胞的异质性耐药机制。近年来，PANoptosis（泛凋亡）作为一种同时激活多种程序性细胞死亡（PCD）途径（包括凋亡、坏死性凋亡和细胞焦亡）的新概念，为解决上述挑战提供了新思路。不同于单一模式的PCD，PANoptosis通过不同死亡机制的交叉对话高效杀伤肿瘤细胞，并释放免疫刺激信号重编程免疫抑制性TME。尽管PANoptosis通过整合多模式细胞死亡与免疫激活为克服肿瘤耐药和免疫逃逸提供了革命性策略，但仍面临药物生物利用度低和不可控全身毒性等挑战，难以实现精准治疗。因此，探索精准诱导PANoptosis的新策略对推动纳米医学发展至关重要。

细菌介导的癌症治疗策略近年来展现出独特优势。凭借肿瘤组织中的缺氧条件、低pH值、异常血管结构和免疫抑制微环境，细菌能够在肿瘤部位定植。随着合成生物学技术的发展，研究人员通过基因工程技术改造细菌，构建了多种可释放抗肿瘤药物的工程化菌株。然而细菌介导的肿瘤治疗仍面临潜在感染风险和单一菌株在复杂治疗场景中的功能局限性。为突破这些限制，近期研究聚焦于将功能纳米材料与细菌疗法结合构建纳米生物复合材料。例如Chen等人将pH响应性纳米材料与临床适用工程益生菌整合，构建了特异性抑制肿瘤生长的纳米酶耦合BL999系统。但迄今为止，关于通过纳米生物复合材料诱导新型细胞死亡模式引发炎症反应以增强免疫治疗效果的策略仍鲜有报道。因此，利用细菌和纳米材料的互补优势，通过诱导PANoptosis实现高效精准的肿瘤免疫治疗是一个极具前景的研究方向。

本研究通过整合可生物降解的铈锰氢氧化物纳米颗粒（CeMn(OH)_x NPs）与工程化大肠杆菌BL21（EcBD），设计了一种多功能纳米生物复合材料（EcBD@CeMn(OH)_x），可通过引起细胞内DNA损伤和细胞器功能障碍诱导PANoptosis和天然免疫激活，实现精准癌症免疫治疗（方案1）。工程化EcBD利用其运动性和厌氧特性促进纳米生物复合材料在肿瘤部位的特异性聚集，并释放重组膜结合型肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（mTRAIL）蛋白。mTRAIL蛋白与肿瘤细胞上高表达的DR4/DR5受体结合，通过FADD/Caspase-8途径触发凋亡信号。同时，CeMn(OH)_x NPs在TME中发生渐进式降解，释放大量Ce³⁺和Mn²⁺离子。Ce³⁺离子进入细胞后诱导细胞内DNA损伤，激活RIPK3/p-MLKL通路并产生大量活性氧（ROS），导致氧化应激以及线粒体和溶酶体功能障碍。这些事件共同引发炎症级联反应和Caspase-1/GSDMD通路激活。此外，释放的游离DNA片段与Mn²⁺离子结合，进一步激活cGAS-STING通路，从而诱导天然免疫应答。综上所述，EcBD@CeMn(OH)_x成功触发PANoptosome形成，诱导PANoptosis，并与天然免疫协同逆转免疫抑制性TME，实现高效的抗肿瘤治疗效果。这项工作通过构建新型纳米生物复合材料诱导PANoptosis和天然免疫，为精准癌症免疫治疗提供了新策略。

材料

六水合硝酸铈（Ce(NO₃)₃•6H₂O）、四水合氯化锰（MnCl₂•4H₂O）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、水杨酸钠、3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）、罗丹明B和L-蛋氨酸购自Aldrich公司。硝基蓝四氮唑（NBT）和核黄素购自迪百化学技术有限公司（上海，中国）。APC抗小鼠CD80（104713）、APC抗小鼠CD86（105011）、APC抗小鼠CD4（100411）、PE抗小鼠CD8a（100707）、PE抗小鼠CD86

CeMn(OH)_x NPs的制备与表征

作为流体的关键物理性质，粘度在化学反应过程中对物质的扩散和聚集动力学具有重要影响。通过使用水杨酸钠调节反应体系粘度以控制金属离子水解速率，我们采用一锅法成功制备了CeMn(OH)_x NPs。如图1a所示，CeMn(OH)_x NPs的透射电子显微镜（TEM）图像显示其具有均匀且单分散的球状形态。

结论

总之，我们通过整合CeMn(OH)_x纳米颗粒与工程化大肠杆菌BL21（EcBD），设计并合成了多功能纳米生物复合材料（EcBD@CeMn(OH)_x）。借助EcBD固有的趋向性和运动性，该纳米生物复合材料实现了在肿瘤组织内的靶向聚集。此外，CeMn(OH)_x在酸性TME中降解释放的Ce³⁺离子进一步加速了mTRAIL蛋白的释放。通过产生mTRAIL蛋白、引起DNA损伤、提升