异质结功能化酵母细胞逆转钾离子免疫抑制实现肿瘤催化与免疫协同治疗

肿瘤微环境中高浓度K+通过抑制T细胞代谢和促进M2型巨噬细胞极化导致免疫逃逸，但选择性降低K+浓度仍具挑战。天津大学团队开发了基于Cd2+离子交换的"K+海绵"酵母细胞（Y@CdS/C3N4），通过Z型异质结催化CO2还原为CO实现肿瘤催化治疗，同时逆转K+介导的免疫抑制，为结直肠癌治疗提供新型协同策略。

　　

肿瘤微环境（TME）中高浓度钾离子（K⁺）是导致免疫治疗失效的关键因素。研究表明，肿瘤细胞外K⁺浓度可达40 mM，是正常组织的8倍，这种异常会通过抑制T细胞的Akt-mTOR信号通路和破坏巨噬细胞的Kir2.1通道功能，形成免疫抑制性微环境。尽管增加肿瘤内特定离子浓度（如Ca²⁺）的纳米疗法已较为成熟，但如何精准降低K⁺浓度仍是未解难题。

天津大学的研究团队从酵母细胞的独特生物学特性中获得灵感。酵母天然具有200 mM的高K⁺储备能力，其细胞壁富含可与重金属离子交换的官能团。研究人员通过将Cd²⁺与酵母共培养，开发出"K⁺饥渴"型酵母细胞（Y@CdS），并进一步修饰二维碳氮材料（g-C₃N₄）构建Z型异质结催化剂。这种设计巧妙融合了离子调节与催化治疗：一方面通过离子交换机制清除肿瘤微环境中的K⁺，另一方面利用酵母代谢产物CO₂和乙醇为底物，在光照下催化生成具有细胞毒性的CO。相关成果发表于《Cell Biomaterials》。

关键技术包括：1）基于Cd²⁺-K⁺交换的酵母功能化；2）Z型异质结（CdS/C₃N₄）光催化剂构建；3）原位结直肠癌小鼠模型的治疗评估；4）流式细胞术分析T细胞亚群和巨噬细胞极化状态。

【Preparation and characterization of Y@CdS/C₃N₄】
通过48小时Cd(NO₃)₂培养实现酵母表面CdS纳米颗粒的原位矿化，TEM显示20-50 nm的CdS均匀分布在细胞壁。XPS证实Cd²⁺与酵母表面硫醇基团的配位作用，FTIR显示g-C₃N₄通过氢键修饰在CdS表面。该复合材料对K⁺的吸附容量达158.7 mg/g。

【Materials】
实验选用CT26小鼠结直肠癌细胞系和BALB/c小鼠模型。关键试剂包括聚天冬氨酸（PASP）表面修饰剂、Kir2.1通道抗体等。

【Results】
在体外实验中，Y@CdS/C₃N₄使T细胞的IFN-γ分泌量提升3.2倍，并将M1型巨噬细胞比例从18.6%提高到54.3%。在体内实验中，瘤内注射治疗组的小鼠生存期延长至42天（对照组26天），免疫荧光显示肿瘤组织K⁺浓度下降62%。

【Discussion】
该研究首次将微生物吸附特性与半导体催化技术相结合：1）突破性利用酵母实现肿瘤特异性K⁺清除；2）创新的Z型异质结设计实现CO₂到CO的肿瘤原位转化；3）证实K⁺调控可协同增强PD-1抑制剂疗效。这种"离子调节-催化治疗"双模式为实体瘤治疗提供新范式，但酵母细胞的给药途径仍需优化以适应临床转化需求。