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该研究开发 Y@CdS/C?N?纳米复合材料，利用 “钾离子（K?）海绵” 效应降低肿瘤微环境 K?浓度，激活 T 细胞和巨噬细胞 M1 极化，同时通过 Z 型异质结催化产 CO 诱导肿瘤凋亡，为癌症免疫治疗提供新方向。
研究背景与创新策略
肿瘤微环境中高浓度钾离子（K?）通过抑制 T 细胞代谢及巨噬细胞功能，形成免疫抑制微环境。传统纳米药物多聚焦于增加肿瘤离子浓度，而选择性降低 K?极具挑战。本研究利用酵母细胞对 K?的高亲和力，开发 “K?-thirsty” 酵母细胞（Y@CdS），并修饰 g-C?N?形成 Z 型异质结（Y@CdS/C?N?），构建集离子调控与光催化治疗于一体的新型肿瘤治疗平台。
材料制备与性能表征
通过离子交换机制，酵母细胞表面吸附 Cd2?并释放 K?，形成 Y@CdS；进一步与 g-C?N?纳米片组装，构建 Y@CdS/C?N?异质结。透射电子显微镜（TEM）显示酵母表面成功负载 CdS 颗粒及 g-C?N?片层，能量色散光谱（EDS）验证元素组成。动态光散射（DLS）显示材料表面电位稳定，X 射线衍射（XRD）及拉曼光谱确认异质结结构。酵母细胞代谢实验表明，功能化修饰未影响其葡萄糖消耗及乙醇、CO?生成能力，且 Y@CdS/C?N?具备良好的循环催化活性。
钾离子调控与免疫微环境重塑
Y@CdS/C?N?通过 “K?海绵” 效应高效吸附肿瘤微环境中 K?，吸附率达 300 μmol/g-cell。体外实验显示，高 K?环境可抑制 T 细胞中 Akt-mTOR 信号通路，降低干扰素 -γ（IFN-γ）等细胞因子分泌，同时通过 Kir2.1 通道抑制巨噬细胞谷氨酰胺摄取，诱导 M2 极化；而 Y@CdS/C?N?干预可逆转上述效应，促进 T 细胞活化及巨噬细胞向 M1 表型极化。此外，酵母多糖可促进树突状细胞（DCs）成熟，增强抗原呈递能力，进一步激活免疫应答。
光催化治疗机制与体外抗肿瘤效应
在 658 nm 激光照射下，Y@CdS/C?N?异质结通过 Z 型电子传递机制，利用酵母代谢产生的 CO?和乙醇作为底物，高效催化生成一氧化碳（CO），诱导肿瘤细胞凋亡。体外实验表明，Y@CdS/C?N?+ 激光组可显著提高 CT26 结肠癌细胞内 CO 浓度，导致 DNA 损伤、线粒体膜电位丧失及活性氧（ROS）生成，细胞存活率低至 29.72%，凋亡率显著高于其他组。
体内抗肿瘤效应与安全性评价
在 BALB/c 小鼠皮下移植瘤模型中，Y@CdS/C?N?+ 激光组肿瘤体积在 14 天内基本消失，存活率达 100%，显著优于单一治疗组。免疫分析显示，该组肿瘤内 M1 型巨噬细胞比例及 CD8? T 细胞浸润显著增加，促炎细胞因子（TNF-α、IFN-γ 等）分泌上调。在原位直肠癌模型中，经直肠灌注 Y@CdS/C?N?+ 激光治疗后，肿瘤生物发光强度显著降低，小鼠生存期延长至 50 天以上，且主要器官未出现明显毒性反应，证实材料的生物相容性及安全性。
机制研究与菌群调控
RNA 测序（RNA-seq）显示，治疗组差异基因富集于代谢通路（如丙酮酸代谢）及炎症相关通路（如 MAPK、IL-6 信号通路），Wnt 通路活性显著改变。16S rDNA 测序表明，Y@CdS/C?N?治疗可调节肠道菌群组成，增加有益菌（如罗斯氏菌、丁酸球菌）丰度，恢复菌群多样性，可能通过肠 - 瘤轴增强免疫治疗效果。
结论与展望
本研究构建的 Y@CdS/C?N?纳米复合材料，通过 K?调控重塑免疫微环境，联合光催化产 CO 实现肿瘤杀伤，为解决肿瘤免疫逃逸提供了新策略。未来可通过表面修饰肿瘤靶向配体、开发响应性释放系统等优化临床转化潜力，结合免疫检查点抑制剂等联合治疗，进一步提升疗效。
