工程化微生物纳米杂化体通过可控气体生成增强光热-化学动力学协同治疗

本研究针对光热增强化学动力学治疗(PTT/CDT)中热休克蛋白(HSP)上调和肿瘤微环境(TME)内H2 O2 不足的瓶颈问题，开发了温度响应型H2 S生成工程菌MG1655-yham -PdPt纳米杂化体(MYPP)。该体系通过Pd/Pt纳米颗粒实现光热转化与过氧化物酶(POD)样活性，同时温度激活的yham 基因可调控半胱氨酸脱硫酶表达，产生H2 S以抑制HSP表达、降低细胞内pH并抑制过氧化氢酶(CAT)活性，最终实现气体辅助的协同治疗增效，为肿瘤精准治疗提供新策略。

　　

在肿瘤治疗领域，光热治疗(PTT)与化学动力学治疗(CDT)的协同策略近年来备受关注。这种联合治疗的原理在于：PTT产生的局部高热不仅能直接杀伤肿瘤细胞，还能加速Fenton反应，促进羟基自由基(•OH)生成，从而增强CDT效果。然而现实总是骨感的——肿瘤细胞会通过上调热休克蛋白(HSP)表达来抵抗热损伤，而肿瘤微环境(TME)中匮乏的过氧化氢(H₂
O₂
)又限制了Fenton反应效率。这两个"拦路虎"严重制约了PTT/CDT的治疗效果。

更令人头疼的是气体治疗的递送难题。虽然研究发现氢硫化氢(H₂
S)能神奇地抑制HSP表达、降低细胞内pH、还能阻断过氧化氢酶(CAT)的"拆台"行为，但传统的气体递送系统存在靶向性差、产量低、释放不可控等缺陷。这时，天津某研究机构的科学家们将目光投向了细菌——这些微生物不仅能主动靶向缺氧的肿瘤区域，自身还能代谢产生微量H₂
S。但如何让细菌变身成为高效的"气体工厂"呢？

研究人员在《Journal of Colloid and Interface Science》发表的这项研究中，巧妙地将合成生物学与纳米技术相结合。他们首先对大肠杆菌MG1655进行基因改造，插入温度敏感的yham
基因开关，使其能在高温诱导下过量表达半胱氨酸脱硫酶；接着给这些工程菌"穿上"钯(Pd)和铂(Pt)纳米颗粒的外衣，最终构建出智能化的微生物纳米杂化体MYPP。这个"纳米细菌特工队"不仅能通过Pd/Pt纳米颗粒实现光热转换和模拟过氧化物酶(POD)活性，还能在激光照射产生的局部高温下，精准启动H₂
S的大规模生产。

关键技术包括：温度响应型基因回路设计、微生物-金属纳米杂化体构建、多模态治疗协同性评估等。研究使用4T1乳腺癌模型验证治疗效果，所有动物实验均符合伦理规范。

材料与仪器
研究采用MG1655工程菌株与pBV220质粒系统，通过分子克隆构建温度敏感型表达载体。金属纳米颗粒通过原位还原法合成，采用紫外-可见光谱、透射电镜等技术表征。

MYPP的制备与表征
电泳和测序证实yham
基因成功插入温度敏感型pBV220载体。透射电镜显示20-30nm的Pd/Pt纳米颗粒均匀分布在细菌表面。光热测试显示MYPP在808nm激光照射下升温达55.6°C，且具有浓度依赖的TMB氧化能力，证实其POD样活性。

体外抗肿瘤效果
MTT实验显示MYPP联合激光照射对4T1细胞的杀伤率高达89.3%。Western blot证实HSP90表达下调60%，ATP含量检测显示线粒体功能受损。H₂
S检测表明高温使产量提升8倍，同时细胞内pH降低1.2个单位。

体内治疗效果
4T1荷瘤小鼠模型中，MYPP+激光组肿瘤完全消退率达75%。免疫荧光显示治疗组CAT活性降低45%，而•OH水平升高3倍。病理分析证实H₂
S有效抑制了HSP的应激保护作用。

结论
该研究开创性地将工程菌的生物学功能与纳米材料特性相结合，实现了三重协同治疗：1）Pd/Pt纳米颗粒介导的PTT/CDT；2）温度调控的H₂
S按需生产；3）气体分子对肿瘤代谢的重编程。这种"智能气体工厂"策略不仅解决了传统PTT/CDT的瓶颈问题，更为微生物-纳米杂化系统的医学应用开辟了新途径。

讨论
研究突破在于将合成生物学的前沿概念引入纳米医学领域。温度敏感型基因开关实现了治疗过程的时空控制，而微生物载体则完美解决了气体递送的靶向性难题。值得注意的是，这种活体治疗系统可能面临免疫清除等挑战，未来或需进一步优化细菌的免疫逃逸能力。该工作为发展下一代智能化抗肿瘤制剂提供了范式转移式的思路。