Zn2+/Ca2+双离子过载诱导结直肠癌细胞凋亡与mtDNA损伤增强免疫治疗的机制研究

本研究针对结直肠癌（CRC）免疫治疗中T细胞浸润不足的难题，开发了pH响应型ZIF-8@CaCO3纳米颗粒，通过Zn2+/Ca2+双离子过载破坏线粒体稳态，释放氧化mtDNA激活先天免疫并促进CD8+ T细胞募集，为改善CRC免疫治疗提供了新策略。

　　

结直肠癌（CRC）是全球第三大高发恶性肿瘤，尽管手术和化疗手段不断进步，但患者五年生存率仍不理想。近年来，免疫检查点抑制剂虽在部分患者中展现惊人疗效，却对微卫星稳定型CRC束手无策——这类肿瘤如同披着"免疫隐形衣"，T细胞难以浸润其中。更棘手的是，肿瘤细胞还进化出强大的离子平衡调节能力，使得单一离子干扰疗法屡屡受挫。

南方医院的研究团队独辟蹊径，将目光聚焦于线粒体这一"细胞能量工厂"。他们创新性地设计出ZIF-8@CaCO₃纳米颗粒，犹如装载着"离子炸弹"的微型潜艇，能在肿瘤酸性环境中精准释放Zn²⁺和Ca²⁺。当这两种金属离子在细胞内"双管齐下"时，不仅会引发"离子海啸"破坏线粒体嵴结构，还会通过氧化应激产生大量活性氧（ROS），导致线粒体DNA（mtDNA）氧化损伤。这些受损的mtDNA意外成为激活免疫系统的"警报信号"，不仅能直接杀伤肿瘤细胞，还能招募CD8⁺ T细胞大军，更妙的是能促进树突状细胞（DCs）的抗原呈递功能，实现三重抗肿瘤效应。该突破性成果发表于《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》。

研究团队采用溶剂法合成ZIF-8纳米颗粒，通过表面修饰F127提高生物相容性，再矿化CaCO₃构建复合纳米系统。利用透射电镜（TEM）和动态光散射（DLS）表征纳米颗粒形貌，采用ICP-MS检测离子释放，通过流式细胞术分析免疫细胞浸润，并建立小鼠移植瘤模型验证疗效。

【Preparation and Characterization of ZIF-8@CaCO₃ NPs】
通过甲醇溶液组装Zn²⁺与2-甲基咪唑制备150 nm的ZIF-8 NPs，表面修饰F127后矿化CaCO₃，电镜显示其呈规则多面体结构，元素映射证实Zn/Ca均匀分布。

【Ion Release and Oxidative Stress Induction】
pH 5.0条件下NPs在12小时内释放90%的Zn²⁺和85%的Ca²⁺，诱导细胞内ROS水平升高4.2倍，线粒体膜电位下降67%。

【Mitochondrial Dysfunction and mtDNA Damage】
共聚焦显微镜观察到离子过载导致线粒体碎片化，ELISA检测显示mtDNA氧化损伤标志8-OHdG增加5.8倍，ATP产量降低82%。

【Immune Activation and Tumor Inhibition】
流式分析显示治疗组CD8⁺ T细胞浸润增加3.5倍，DCs成熟标志CD86表达提升2.7倍，小鼠肿瘤体积抑制率达78.3%。

这项研究开创性地提出"双离子过载-线粒体损伤-免疫激活"的级联抗肿瘤机制，突破了传统免疫治疗对"热肿瘤"的依赖。特别值得注意的是，Zn²⁺/Ca²⁺的协同作用克服了单一离子治疗的补偿效应，而氧化mtDNA的释放则巧妙地将离子干扰与免疫激活耦联。Yang Bai团队的工作不仅为CRC治疗提供了新型纳米武器，更启示了通过靶向细胞器功能障碍来重塑肿瘤免疫微环境的新范式，为"冷肿瘤"免疫治疗开辟了崭新路径。