氮空位修饰氮化碳通过触发癌细胞核DNA-线粒体双重损伤增强羟基自由基生成以对抗缺氧肿瘤

本研究创新性开发了氮空位修饰的聚合氮化碳（NV-PCN），通过光催化将肿瘤内过表达的H2O2转化为高活性羟基自由基（•OH），在缺氧微环境中实现DNA双链断裂（γH2AX↑）和线粒体功能障碍（MMP↓）的协同治疗。相比传统光敏剂氯e6（Ce6），NV-PCN通过抑制53BP1/GADD45A介导的DNA损伤修复通路，在口腔鳞癌（OSCC）模型中展现显著抑瘤效果，为缺氧肿瘤的光动力治疗（PDT）提供新策略。

　　

材料表征与机制解析

氮空位修饰的聚合氮化碳（N_V-PCN）通过二次煅烧法制备，透射电镜显示其呈100 nm不规则片状结构，较原始PCN尺寸减半。X射线光电子能谱（XPS）证实N_V的引入使C/N原子比提升至71.66%，且N_1s谱中N3C峰面积减少28.84%，表明氮空位主要位于三嗪环位点②。原位漫反射红外光谱（DRIFT）显示N_V-PCN在854 cm^-1处出现HO-OH特征峰，光照10分钟后该峰位移至856 cm^-1，证实H₂O₂在氮空位位点被吸附并解离。电子顺磁共振（EPR）检测显示，N_V-PCN在4分钟内产生的•OH信号强度达原始PCN的3倍，归因于氮空位促进载流子分离并提供更多H₂O₂还原位点。

细胞内•OH爆发与双靶点杀伤

在口腔鳞癌细胞Cal-27中，N_V-PCN经6小时孵育后可穿透至细胞核与线粒体。白光LED照射（50 mW·cm^-2）30分钟后，流式细胞术检测显示•OH阳性细胞比例较对照组提升8倍。共聚焦显微镜观察到γH₂AX焦点在核内密集分布，同时JC-1探针显示线粒体膜电位（MMP）下降62%，证实DNA-线粒体同步损伤。Western blot显示凋亡标志蛋白cleaved caspase 3表达量上调4.5倍，而DNA修复蛋白53BP1和GADD45A分别下调70%和65%。

能量代谢与修复抑制机制

线粒体功能障碍引发连锁反应：①ATP合成量降至对照组的35%，削弱修复系统能量供应；②活性氧（ROS）风暴使总ROS水平升高至Ce6组的2.3倍，加剧DNA氧化损伤。EdU实验显示N_V-PCN+光照组细胞增殖率仅26%，显著低于Ce6组（60%）。Transwell实验进一步证实其迁移抑制率达81%，形成"损伤-修复抑制-凋亡"的正反馈循环。

体内疗效与生物安全性

在Cal-27移植瘤模型中，Cy5.5标记显示N_V-PCN可在肿瘤部位滞留72小时。22天治疗后，N_V-PCN+光照组肿瘤体积较Ce6组减小58%，组织切片显示75%区域坏死，Ki67阳性率下降至对照组的1/5。血液生化指标（ALT/AST/UREA）与主要器官HE染色均未见异常，证实其良好的生物相容性。

临床转化价值

该研究突破传统PDT的氧依赖性限制，通过氮空位工程优化氮化碳的能带结构（导带位点-0.57 eV vs RHE），实现缺氧环境下H₂O₂的高效转化。双靶点杀伤策略同步破坏癌细胞"遗传司令部"（核DNA）和"能量工厂"（线粒体），为口腔鳞癌等实体瘤治疗提供新型无金属光敏剂设计范式。