光激活免疫刺激纳米工程微藻通过级联激活抗肿瘤免疫实现精准治疗

本研究针对肿瘤免疫原性低和免疫抑制微环境(TME)两大挑战，开发了基于纳米工程微藻(PCC@AuNP)的光激活免疫刺激剂。通过635nm激光激活，该系统可持续产生H2/O2并消耗乳酸(LA)，同时增强肿瘤免疫原性和重塑TME。实验证明该策略能有效诱导免疫原性细胞死亡(ICD)，促进树突状细胞(DC)成熟，逆转免疫抑制，在黑色素瘤模型中实现原发性(91.8%)和远端肿瘤(93.1%)显著抑制，且对健康组织无毒性，为气体驱动癌症免疫治疗开辟了新途径。

　　

癌症免疫治疗近年来取得了突破性进展，特别是免疫检查点阻断疗法和双特异性T细胞衔接器等创新手段，为肿瘤治疗带来了新的希望。然而，大多数实体瘤的治疗效果仍不尽如人意，这主要归因于两个关键挑战：肿瘤本身的低免疫原性，以及肿瘤微环境(TME)中存在的深度免疫抑制状态。

肿瘤微环境是一个复杂的生态系统，其特征包括极端缺氧和由于肿瘤细胞快速增殖和异常代谢导致的乳酸(LA)积累。这种恶劣的环境会协同损害免疫监视功能，抑制细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)的浸润和功能，同时促进各种免疫抑制细胞的招募和扩增，包括髓源性抑制细胞(MDSCs)、调节性T细胞(T_reg细胞)和M2极化的肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)。

为了应对这些挑战，研究人员开发了一种创新的光激活免疫刺激剂——基于纳米工程微藻的PCC@AuNP系统。这一创新平台通过可持续的H₂/O₂供应和有效的LA消耗，实现了同时增强肿瘤免疫原性和重塑免疫抑制微环境的双重目标，相关研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过金纳米粒子(AuNPs)与聚球藻PCC 7942的共价结合构建纳米工程微藻系统；利用溶解氧分析仪和气相色谱(GC)系统评估气体产生能力；通过体外细胞实验（包括流式细胞术、Western blot(WB)和实时定量PCR(RT-qPCR)）验证免疫原性细胞死亡(ICD)诱导效果；建立双侧B16F10黑色素瘤小鼠模型进行体内疗效评估；采用免疫荧光染色和酶联免疫吸附测定(ELISA)分析肿瘤微环境中免疫细胞浸润和细胞因子表达。

制备与表征PCC@AuNP

研究人员首先通过还原法合成了直径约5纳米的球形金纳米粒子(AuNPs)，然后通过共价Au-S键将其连接到聚球藻PCC 7942表面，成功构建了PCC@AuNP复合物。表征结果显示，PCC@AuNP在635纳米激光照射下能够持续产生氧气，并在模拟肿瘤微环境条件下通过光催化反应生成氢气，同时有效消耗乳酸。能带结构分析表明，PCC@AuNP的导带位置(-0.4 eV)足够负，能够为H⁺/H₂演化提供热力学驱动力。

体外抗癌效果评估

体外实验证实，PCC@AuNP在激光照射下对B16F10黑色素瘤细胞表现出显著的选择性细胞毒性，凋亡率高达74.7%，而对正常细胞影响轻微。机制研究表明，光催化产生的氢气通过破坏细胞内氧化还原稳态，诱导内质网(ER)应激和线粒体功能障碍，导致免疫原性细胞死亡(ICD)。这表现为钙网蛋白(CRT)暴露、高迁移率族蛋白B1(HMGB1)释放和腺苷三磷酸(ATP)分泌增加。

体外免疫细胞调控

研究进一步发现，PCC@AuNP+Laser处理不仅能通过诱导ICD促进树突状细胞(DC)成熟，还能通过光合作用产氧和光催化消耗乳酸，有效逆转免疫抑制微环境。具体表现为促进M2型巨噬细胞向M1型转化，降低免疫抑制细胞浸润，从而增强细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)的活性。

体内抗肿瘤功效验证

在B16F10黑色素瘤小鼠模型中，PCC@AuNP+Laser治疗显示出卓越的抗肿瘤效果，对原发性肿瘤和远端肿瘤的抑制率分别达到91.8%和93.1%，并显著延长了小鼠生存期。重要的是，该治疗策略表现出良好的生物安全性，对主要器官无毒性作用。

体内免疫激活机制

进一步的机制研究表明，PCC@AuNP+Laser治疗在体内有效诱导了ICD，表现为肿瘤组织中CRT暴露和HMGB1释放增加。同时，光合作用产生的氧气缓解了肿瘤缺氧，下调了缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)表达，而乳酸消耗则进一步改善了免疫微环境。这些变化共同促进了DC成熟、M1型巨噬细胞极化，以及CD4⁺和CD8⁺T细胞的浸润，激活了强大的抗肿瘤免疫应答。

这项研究成功开发了一种创新的光激活免疫刺激纳米工程微藻平台，通过可持续的气体生成和代谢调控，实现了对肿瘤免疫微环境的精准调控。该策略不仅有效解决了传统癌症免疫治疗面临的挑战，而且具有优异的生物安全性，为开发新一代气体驱动免疫治疗方法奠定了基础。尽管目前的光激活策略主要适用于浅表肿瘤，但通过技术改进（如上转换纳米粒子或微创光纤导管系统），这一平台有望拓展到更深部的肿瘤治疗，具有广阔的临床转化前景。