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化學(xué)動(dòng)力療法(CDT)是一種通過腫瘤微環(huán)境(TME)內(nèi)源性活性氧(ROS)破壞腫瘤細(xì)胞的治療方法,。然而，由于腫瘤自身的抗氧化能力以及靶向性等問題限制了CDT的進(jìn)一步發(fā)展,。2021年12月,，來自南洋理工大學(xué)和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《ACS NANO》發(fā)表了題為“Precise Chemodynamic Therapy of Cancer by TrifunctionalBacterium-Based Nanozymes”的文章，報(bào)道了金和鉑金屬復(fù)合物（Au@Pt）修飾到細(xì)菌表面（Bac-Au@Pt）得到的新型多功能納米酶系統(tǒng),，此納米酶系統(tǒng)可以作為一種反應(yīng)溫和,、副作用小的新型藥物對(duì)癌癥進(jìn)行精準(zhǔn)化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療。由于細(xì)菌對(duì)腫瘤的靶向能力和Au@Pt納米酶在酸性條件下的催化特性,，該納米系統(tǒng)可以有效地向腫瘤細(xì)胞釋放ROS,。此外，該納米酶系統(tǒng)還可以刺激T細(xì)胞釋放干擾素γ,，特異性地降低腫瘤細(xì)胞內(nèi)的抗氧化性,。這種納米系統(tǒng)使化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療（CDT）和免疫治療互相協(xié)同，低劑量的Bac-Au@Pt在免疫治療的協(xié)同作用下也能實(shí)現(xiàn)高抗癌效果,，是一個(gè)非常有潛力的治療方案,。 
本研究中，研究者們?cè)诖竽c桿菌表面合成了Au@Pt核殼結(jié)構(gòu),，構(gòu)成了納米酶系統(tǒng)(稱為Bac-Au@Pt),，用于B16-F10黑素瘤小鼠模型的細(xì)菌誘導(dǎo)免疫治療和精準(zhǔn)化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療。納米系統(tǒng)給藥后,，Au@Pt納米酶在微酸性的腫瘤微環(huán)境中產(chǎn)生ROS,，然后啟動(dòng)腫瘤細(xì)胞的凋亡程序，釋放腫瘤抗原并將其呈遞給T細(xì)胞。在這一過程中,，成熟的T細(xì)胞釋放干擾素γ到腫瘤細(xì)胞并阻止胱氨酸的攝取,，破壞腫瘤細(xì)胞的抗氧化能力，增加了ROS對(duì)腫瘤細(xì)胞的毒性,，從而達(dá)到了高度精確的治療效果,。
Bac-Au@Pt的合成（a）以及細(xì)菌誘導(dǎo)免疫治療和增強(qiáng)精準(zhǔn)化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療過程示意圖（b/c/d）
細(xì)菌（Bac）、細(xì)菌+金（Bac-Au）和細(xì)菌+Au@Pt（Bac-Au@Pt）材料的表征
首先,，研究者們使用大腸桿菌(e.c oli)在厭氧條件還原氯金酸,，在其表面生成了Au納米顆粒。在此過程中加入H2PtCl6,、檸檬酸鈉和NaBH4,，Au納米粒子表面覆蓋了一層很薄的Pt。通過高角環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射電子顯微鏡對(duì)Pt層的存在進(jìn)行了表征,，Pt元素的分布與Au元素的分布重疊,，證明了Pt層在Au納米顆粒上的原位生長。此外,，研究者們還分別用紫外吸收光譜,、DLS、XRD,、XPS等手段對(duì)細(xì)菌（Bac）,、細(xì)菌+金（Bac-Au）和細(xì)菌+Au@Pt（Bac-Au@Pt）材料進(jìn)行了表征，充分證明了多功能菌基納米酶系統(tǒng)的成功合成,。在成功制備Bac-Au@Pt后,，研究者們通過共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)研究Bac-Au@Pt的細(xì)胞攝取，結(jié)果顯示Bac-Au@Pt在8小時(shí)內(nèi)被細(xì)胞內(nèi)吞,。
HepG2（一種肝癌細(xì)胞）對(duì)BacAu@Pt的攝取
隨后,，研究者們用Bac-Au@Pt在酸性溶液中加入3,3,5,5 -四甲基聯(lián)苯胺(TMB)檢測(cè)ROS的產(chǎn)生。在不加入H2O2的情況下,，從紫外可見光譜中可以看出，282 nm處的峰隨著孵育時(shí)間的延長而減少,，370和652 nm處的峰隨著孵育時(shí)間的延長而增加,。這說明了TMB的快速氧化，表明Bac-Au@Pt產(chǎn)生了催化ROS,。然后,，比較pH為6.4和7.4時(shí)產(chǎn)生的ROS數(shù)量，并記錄652 nm處的吸收值,，以表示TMB的氧化程度,。結(jié)果表明，當(dāng)pH為6.4時(shí)，Bac-Au@Pt能快速氧化TMB,，產(chǎn)生的ROS量比pH為7.4時(shí)增加6倍,。為了明確Bac-Au@Pt產(chǎn)生的ROS種類，研究人員記錄了Bac-Au@Pt在磷酸緩沖液(pH6.4和7.4)中的電子自旋共振(ESR)譜,。如圖2c,、d所示，檢測(cè)到超氧自由基和單線態(tài)氧升高,。由于上述試驗(yàn)中沒有添加H2O2,，所以ROS的產(chǎn)生應(yīng)歸因于Bac-Au@Pt的溶解氧催化轉(zhuǎn)化。由于腫瘤組織微環(huán)境為微酸性,，酸性溶液環(huán)境中具有較高ROS生成率更適合于腫瘤化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療,。研究者們?cè)隗w外研究了Bac-Au@Pt的CDT效率。實(shí)驗(yàn)表明,，在中性條件下,，Bac-Au@Pt對(duì)4種細(xì)胞株處理24或48小時(shí)后的所有細(xì)胞的存活率也接近100%，顯示出良好的的體外生物相容性,。Bac-Au@Pt的細(xì)胞毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)表明：Bac-Au@Pt在pH為6.4時(shí)能有效產(chǎn)生ROS,，引起細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化損傷，是殺死癌細(xì)胞的關(guān)鍵因素,。而在pH 7.4時(shí),，BacAu@Pt的脂質(zhì)過氧化損傷是有限的，因此在中性pH (pH 7.4)時(shí),，Bac-Au@Pt不會(huì)對(duì)正常組織造成損傷,。此外， pH 6.4環(huán)境中,，細(xì)胞的線粒體被BacAu@Pt產(chǎn)生的ROS破壞,，而在正常生理環(huán)境中，線粒體保持完整,。研究者們還進(jìn)行了Bac-Au@Pt體內(nèi)化學(xué)動(dòng)力療法的實(shí)驗(yàn),。首先，研究者們選擇了缺乏正常的免疫系統(tǒng)的Babl/C裸鼠,，排除了任何潛在免疫作用,。研究者們對(duì)這些小鼠模型進(jìn)行了14天的治療，數(shù)據(jù)表明：對(duì)照組(PBS組和Bac組)腫瘤生長迅速,，而治療組腫瘤抑制成功,。PBS、Bac,、Bac-Au@Pt組小鼠在治療期間體重在正常范圍內(nèi)波動(dòng),，而順鉑組（cisplatin）小鼠體重持續(xù)下降,，Bac-Au@Pt組小鼠的腫瘤體積和重量明顯小于PBS組和Bac組。因此,，順鉑雖然具有與Bac-Au@Pt相似的抗腫瘤作用,，但對(duì)小鼠有明顯的副作用，造成小鼠體重明顯下降,。不僅如此,，收集小鼠組織進(jìn)行組織病理學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，根據(jù)腫瘤組織蘇木精和伊紅(H&E)染色,，治療組細(xì)胞核數(shù)量明顯減少,，說明Bac-Au@Pt和順鉑治療效果顯著。通過末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的熒光素標(biāo)記(TUNEL)實(shí)驗(yàn)顯示,，藍(lán)色熒光減少,，綠色熒光顯著增加，表明腫瘤細(xì)胞凋亡處于晚期,。
小鼠的體重變化,、腫瘤體積變化、組織病理學(xué)分析研究者們?yōu)轵?yàn)證Bac-Au@Pt的生物安全性,，測(cè)定了其在器官中的Au元素含量,。結(jié)果顯示，金元素在心臟(0.89%ID/g),、肝臟(2.11%ID/g),、脾臟(1.68%ID/g)、肺(1.13%ID/g)和腎臟(1.86%ID/g)中殘留很低,。這些結(jié)果表明,，大多數(shù)Au@ Pt納米顆粒從體內(nèi)被消除。研究者們還觀察Bac-Au@Pt對(duì)小鼠肝腎功能的影響,。血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT),、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(AST)、白蛋白/球蛋白(A/G)水平與肝功能相關(guān),，尿酸(UA),、尿素氮(BUN)水平與腎功能相關(guān)。盡管Bac-Au@Pt在肝臟和腎臟有較高的積累,，Bac和Bac- au@ Pt治療組的ALT,、AST、A /G,、UA和BUN水平與PBS組相似。這些結(jié)果表明Bac-Au@Pt在治療期間沒有可檢測(cè)到的肝和腎損傷,。而順鉑組AST和A/G值分別顯著升高和降低,，提示順鉑會(huì)導(dǎo)致肝功能損害,。雖然順鉑和Bac-Au@Pt在腫瘤治療中療效相似，但Bac-Au@Pt的副作用遠(yuǎn)小于順鉑,。
心臟,、肝臟、脾臟,、肺和腎臟的H&E染色圖像,。黑色箭頭表示腎臟的損傷此外，研究者們還發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽(GSH)是由細(xì)胞產(chǎn)生以應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激,。因此,，無論是正常細(xì)胞還是腫瘤細(xì)胞，都具有一定的天然抗氧化能力,。T細(xì)胞會(huì)向腫瘤細(xì)胞釋放IFNγ,，從而阻斷GSH的主要來源胱氨酸的攝取，降低腫瘤細(xì)胞的抗氧化能力,。總之,，本研究開發(fā)了一種基于細(xì)菌的Au@Pt核殼納米酶，通過化學(xué)動(dòng)力學(xué)和免疫治療相結(jié)合來解決進(jìn)行腫瘤的精準(zhǔn)化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療,。Bac-Au@Pt在血液循環(huán)過程中積累在腫瘤部位,，在酸性條件下將溶解的氧氣催化成超氧自由基和單線態(tài)氧。在此過程中,，由于T細(xì)胞釋放IFNγ,，腫瘤細(xì)胞中GSH的含量大幅度降低，而正常細(xì)胞中GSH的含量保持不變,。因此,，ROS只破壞腫瘤細(xì)胞而不破壞正常細(xì)胞，顯著提高了治療效果,，減少了副作用,。因此，基于細(xì)菌的納米酶平臺(tái)的聯(lián)合治療策略是提高CDT療效的一種很有前途的方法,，可以極大地降低其對(duì)腫瘤靶向的依賴,，并大大降低副作用。參考資料： [1]https://pubs./doi/10.1021/acsnano.1c05605
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