化學(xué)動力療法(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的進一步發(fā)展。略是提高CDT療效的一種很有前途的方法，可以大大地降低其對腫瘤靶向的依賴，并大大降低副作用。

2021年12月，來自南洋理工大學(xué)和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究團隊在《ACS NANO》發(fā)表了題為“Precise Chemodynamic Therapy of Cancer by TrifunctionalBacterium-Based Nanozymes”的文章，報道了金和鉑金屬復(fù)合物（Au@Pt）修飾到細菌表面（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癌癥進行精準(zhǔn)化學(xué)動力學(xué)治療。

由于細菌對腫瘤的靶向能力和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胞釋放ROS。此外，該納米酶系統(tǒng)還可以刺激T細胞釋放干擾素γ，特異性地降低腫瘤細胞內(nèi)的抗氧化性。這種納米系統(tǒng)使化學(xué)動力學(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)同作用下也能實現(xiàn)高抗癌結(jié)果，是一個非常有潛力的治療方案。

本研究中，研究者們在大腸桿菌表面合成了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菌誘導(dǎo)免疫治療和精準(zhǔn)化學(xué)動力學(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，然后啟動腫瘤細胞的凋亡程序，釋放腫瘤抗原并將其呈遞給T細胞。在這一過程中，成熟的T細胞釋放干擾素γ到腫瘤細胞并阻止胱氨酸的攝取，破壞腫瘤細胞的抗氧化能力，增加了ROS對腫瘤細胞的毒性，從而達到了要的結(jié)果。

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)形暗場掃描透射電子顯微鏡對Pt層的存在進行了表征，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等手段對細菌（Bac）、細菌+金（Bac-Au）和細菌+Au@Pt（Bac-Au@Pt）材料進行了表征，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的細胞攝取，結(jié)果顯示Bac-Au@Pt在8小時內(nèi)被細胞內(nèi)吞。

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處的峰隨著孵育時間的延長而減少，370和652 nm處的峰隨著孵育時間的延長而增加。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，Bac-Au@Pt能快速氧化TMB，產(chǎn)生的ROS量比pH為7.4時增加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，檢測到超氧自由基和單線態(tài)氧升高。由于上述試驗中沒有添加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)動力學(xué)治療。研究者們在體外研究了Bac-Au@Pt的CDT效率。實驗表明，在中性條件下，Bac-Au@Pt對4種細胞株處理24或48小時后的所有細胞的存活率也接近100%，顯示出良好的的體外生物相容性。Bac-Au@Pt的細胞毒理學(xué)實驗表明：Bac-Au@Pt在pH為6.4時能有效產(chǎn)生ROS，引起細胞膜脂質(zhì)過氧化損傷，是殺死癌細胞的關(guān)鍵因素。而在pH 7.4時，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，Bac-Au@Pt不會對正常組織造成損傷。此外， pH 6.4環(huán)境中，細胞的線粒體被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。

研究者們還進行了Bac-Au@Pt體內(nèi)化學(xué)動力療法的實驗。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。研究者們對這些小鼠模型進行了14天的治療，數(shù)據(jù)表明：對照組(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，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，治療組細胞核數(shù)量明顯減少，說明Bac-Au@Pt和順鉑治療結(jié)果好。通過末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的熒光素標(biāo)記(TUNEL)實驗顯示，藍色熒光減少，綠色熒光顯著增加，表明腫瘤細胞凋亡處于晚期。

研究者們?yōu)轵炞CBac-Au@Pt的生物安全性，測定了其在器官中的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的副作用遠小于順鉑。

此外，研究者們還發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)谷胱甘肽(GSH)是由細胞產(chǎn)生以應(yīng)對氧化應(yīng)激。因此，無論是正常細胞還是腫瘤細胞，都具有一定的天然抗氧化能力。T細胞會向腫瘤細胞釋放IFNγ，從而阻斷GSH的主要來源胱氨酸的攝取，降低腫瘤細胞的抗氧化能力。

總之，本研究開發(fā)了一種基于細菌的Au@Pt核殼納米酶，通過化學(xué)動力學(xué)和免疫治療相結(jié)合來解決進行腫瘤的精準(zhǔn)化學(xué)動力學(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細胞釋放IFNγ，腫瘤細胞中GSH的含量大幅度降低，而正常細胞中GSH的含量保持不變。因此，ROS只破壞腫瘤細胞而不破壞正常細胞，顯著提高了治療結(jié)果，減少了副作用。因此，基于細菌的納米酶平臺的聯(lián)合治療策略是提高CDT療效的一種很有前途的方法，可以大大地降低其對腫瘤靶向的依賴，并大大降低副作用。