多功能菌基纳米酶可精准靶向治疗肿瘤

据Zhang W 2021年12月1日（ACSNano，2021 Dec 1.Doi：10.1021/acsnano.1c05605.）报道，南洋理工大学和华中农业大学的研究团队通过金和铂金属复合物（Au@Pt）修饰到细菌表面（Bac）得到的新型多功能纳米酶系统（Bac-Au@Pt）。该纳米酶系统可以作为一种反应温和、副作用小的新型药物对癌症进行精准化学动力学治疗（CDT）。

CDT是一种通过肿瘤微环境（TME）内源性活性氧（ROS）破坏肿瘤细胞的治疗方法。然而，由于肿瘤自身的抗氧化能力及靶向性等问题限制了CDT的进一步发展。

由于细菌对肿瘤的靶向能力和Bac-Au@Pt在酸性条件下的催化特性，该纳米系统可以有效地向肿瘤细胞释放ROS。此外，该纳米酶系统还可以刺激T细胞释放干扰素γ，特异性地降低肿瘤细胞内的抗氧化性。这种纳米系统使CDT和免疫治疗互相协同，低剂量的Bac-Au@Pt在免疫治疗的协同作用下也能实现高抗癌效果，是一个非常有潜力的治疗方案。

研究人员在大肠杆菌表面合成了Au@Pt核壳结构，构成了Bac-Au@Pt，用于B16-F10黑素瘤小鼠模型的细菌诱导免疫治疗和精准CDT。给药后，Bac-Au@Pt在微酸性的TME中产生ROS，然后启动肿瘤细胞的凋亡程序，释放肿瘤抗原并将其呈递给T细胞。在这一过程中，成熟的T细胞释放干扰素γ到肿瘤细胞并阻止胱氨酸的摄取，破坏肿瘤细胞的抗氧化能力，增加了ROS对肿瘤细胞的毒性，从而达到了高度精确的治疗效果。

首先，研究人员使用大肠杆菌在厌氧条件下还原氯金酸，在其表面生成了Au纳米颗粒。在此过程中加入H2PtCl6、柠檬酸钠和NaBH4，Au纳米粒子表面覆盖了一层很薄的Pt。通过高角环形暗场扫描透射电子显微镜对Pt层的存在进行了表征，Pt元素的分布与Au元素的分布重叠，证明了Pt层在Au纳米颗粒上的原位生长。此外，研究人员还分别用紫外吸收光谱、动芯光散射、射线衍射、X射线光电子能谱分析等手段对细菌（Bac）、细菌+金（Bac-Au）和细菌+Au@Pt（Bac-Au@Pt）材料进行了表征，充分证明了多功能菌基纳米酶系统的成功合成。在成功制备Bac-Au@Pt后，通过共聚焦激光扫描显微镜研究Bac-Au@Pt的细胞摄取，结果显示Bac-Au@Pt在8 h内被细胞内吞。明确Bac-Au@Pt产生的ROS种类。

由于TME为微酸性，酸性溶液环境中具有较高ROS生成率更适合于肿瘤CDT。研究人员在体外研究了Bac-Au@Pt的CDT效率。实验表明，在中性条件下，Bac-Au@Pt对4种细胞株处理24 h或48 h后的所有细胞的存活率也接近100%，显示出良好的体外生物相容性。Bac-Au@Pt的细胞毒理学实验表明：Bac-Au@Pt在pH为6.4时能有效产生ROS，引起细胞膜脂质过氧化损伤，是杀死癌细胞的关键因素。而在pH 7.4时，Bac-Au@Pt的脂质过氧化损伤是有限的，因此在中性pH(pH 7.4)时，Bac-Au@Pt不会对正常组织造成损伤。此外，pH 6.4环境中，细胞的线粒体被Bac-Au@Pt产生的ROS破坏，而在正常生理环境中，线粒体保持完整。小鼠模型实验表明，Bac-Au@Pt与顺铂治疗效果相同，但副作用远小于顺铂。通过末端脱氧核苷酸转移酶介导的荧光素标记（TUNEL）实验显示，蓝色荧光减少，绿色荧光显著增加，表明肿瘤细胞凋亡处于晚期。

此外，研究人员还发现细胞内谷胱甘肽（GSH）是由细胞产生以应对氧化应激。因此，无论是正常细胞还是肿瘤细胞，都具有一定的天然抗氧化能力。T细胞会向肿瘤细胞释放干扰素γ，从而阻断GSH的主要来源胱氨酸的摄取，降低肿瘤细胞的抗氧化能力。