通过打破聚合物光催化剂中的细胞对称性来增强内部电场，以实现可见光驱动的杀菌作用

《Journal of Colloid and Interface Science》：Boosting internal electric field by breaking cell symmetry in polymeric photocatalysts for visible-light-driven sterilization

手性纳米材料通过增强CD47靶向递送和NO/ROS协同作用重塑肿瘤免疫抑制微环境，显著提升抗肿瘤免疫疗效。

　　

李书兰|段梦蝶|程国栋|侯华英|徐楚|刘毅

摘要

复杂的肿瘤微环境（TME）会转变为一个支持肿瘤生长的环境，它在保护肿瘤细胞的同时，也为抗肿瘤治疗设置了障碍。本文设计了一种具有多种酶样活性和一氧化氮（NO）生成能力的手性纳米系统（L/D-Cu CDs），通过其与生物系统的手性依赖性相互作用，有效重塑肿瘤的免疫抑制微环境，并实现气体/化学动力学增强的免疫疗法。D-Cu CDs与肿瘤细胞表面的CD47受体具有更强的结合亲和力，这有助于它们通过网格蛋白介导的内吞作用被细胞内化。此外，D-Cu CDs还作为稳态调节剂，生成活性物质O?和NO，破坏氧化还原平衡和铜的稳态，同时缓解TME的缺氧状态，从而促进肿瘤细胞的凋亡和铜死亡（cuproptosis），并有效诱导巨噬细胞从抗炎型的M2表型极化为促炎型的M1表型。体外和体内的实验结果证实了D-Cu CDs的免疫刺激效果和肿瘤抑制能力，验证了它们重塑肿瘤免疫抑制微环境并实现气体/化学动力学增强免疫疗法的能力。这项工作不仅阐明了手性Cu CDs重塑肿瘤免疫抑制微环境的机制，还为手性纳米材料在抗肿瘤治疗中的应用提供了新的视角。

引言

免疫疗法因其能够特异性地靶向并消除肿瘤细胞而引发了人们对癌症治疗的兴趣[1,2]。然而，肿瘤细胞的独特代谢特性导致了免疫抑制性肿瘤微环境（TME）的形成，显著降低了免疫疗法的效果。例如，TME中的缺氧、炎症、酸性等特性会直接损害细胞毒性T淋巴细胞并激活免疫抑制细胞，从而降低免疫效果[3,4]。此外，TME中存在的免疫相关炎症因子、细胞因子和其他成分还会促进恶性肿瘤的发生、发展和转移[5,6]。因此，逆转免疫抑制性的TME对于实现有效的癌症免疫疗法至关重要。

气体疗法作为一种环保的治疗方法，通过引入具有特殊生理活性的气体来调节肿瘤进展[7]。一氧化氮（NO）是一种内源性气体信号分子，在高浓度下可以抑制细胞呼吸和DNA修复，并促进细胞凋亡，因此被应用于肿瘤治疗[8,9]。此外，NO在调节血管生成和维持血管功能方面也起着关键作用。研究发现，NO可以通过使肿瘤血管正常化来缓解缺氧和酸性，从而逆转TME的免疫抑制[10],[11],[12]。然而，NO的半衰期较短，极大地限制了其治疗效果。值得注意的是，活性氧（ROS）作为生理功能的关键调节因子，已被广泛用于通过破坏氧化还原平衡来抑制肿瘤生长[13,14]。最近的研究表明，纳米材料可以有效地调节氧化还原平衡，为增强ROS介导的疗法提供了有希望的平台[15,16]。重要的是，ROS可以与NO反应生成活性氮物种（RNS），后者具有毫秒级的半衰期，并具有增强的硝化作用和氧化还原平衡破坏能力[17,18]。此外，RNS已被报道能够将肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）从促肿瘤的M2表型极化为具有抗肿瘤作用的M1表型，从而逆转免疫抑制性微环境[19]。因此，结合使用ROS和NO对于克服免疫抑制并激活有效的抗肿瘤治疗具有吸引力。

值得注意的是，手性纳米材料与手性生物分子之间的立体选择性识别可以直接影响生理过程，如细胞黏附和细胞摄取。因此，不同的手性纳米材料在生物活性和药理学上往往表现出显著差异。本文开发了一种能够生成NO和ROS的手性纳米系统（L/D-Cu CDs），以逆转肿瘤的免疫抑制微环境并增强免疫疗法（图1）。制备的手性L/D-Cu CDs表现出多酶模拟活性，能够实现手性依赖性的ROS生成和NO释放，不仅诱导细胞凋亡和铜死亡，还能使TAMs极化为M1表型，从而逆转免疫抑制性TME。重要的是，由于手性纳米系统的立体选择性识别，D-Cu CDs由于对细胞膜表面特定蛋白受体CD47的更高亲和力，表现出更高效的细胞摄取和生物效应，从而触发更强的抗肿瘤免疫效果，并实现气体/化学动力学增强的免疫疗法。这种手性纳米系统为手性纳米材料在抗肿瘤治疗中的应用提供了新的视角，并克服了肿瘤免疫抑制微环境对治疗的限制。

材料

DL/L/D-精氨酸（DL?/L/D-Arg，98%）购自中国上海的Macklin公司。氯化铜（II）二水合物（CuCl?·2H?O，99%）购自中国上海的Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.公司。谷胱甘肽（GSH，98%）、5,5-二甲基-1-吡咯烷N-氧化物（DMPO）、5,5′-二硫代（2-硝基苯甲酸）（DTNB，99%）购自中国上海的Aladdin Reagent Co., Ltd.公司。钙黄素乙酰氧甲基酯（Calcein-AM）、碘化丙啶（PI）、2,7-二氯荧光素二醋酸盐（DCFH-DA）也用于实验。

合成与表征

手性掺铜碳点（DL/L/D-Cu CDs）是通过后修饰方法合成的。首先，使用手性前体DL-、L-或D-精氨酸（Arg）通过传统的水热法合成手性碳点（CDs）[20]。随后，掺入铜离子以合成手性Cu CDs。透射电子显微镜（TEM）图像显示，DL-、L-和D-Cu CDs是单分散的球体，粒径约为2.8纳米。随着铜的掺入...

结论

总体而言，本研究合成了手性Cu CDs，以探究其对手性依赖性的肿瘤免疫抑制微环境的重塑作用以及气体/化学动力学增强的免疫疗法效果。与L-和DL-Cu CDs相比，D-Cu CDs与肿瘤细胞表面的CD47受体和网格蛋白的结合亲和力更强，使其在肿瘤细胞中的富集程度更高。在内吞过程中，D-Cu CDs表现出类似POD、CAT、GPx的活性以及NO的生成...

CRediT作者贡献声明

李书兰：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理、方法论设计、资金获取、概念构思。段梦蝶：数据可视化、验证、软件使用、方法论设计、实验研究、数据分析、概念构思。程国栋：软件使用、方法论设计、实验研究。侯华英：软件使用、方法论设计、数据分析、概念构思。徐楚：软件使用、方法论设计、概念构思。刘毅：撰写 – 审稿与编辑、监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国国家自然科学基金（22203061、U23A2089）、天津市科技计划（24JRRCRC00040）和河北省自然科学基金（B2024110033）的支持。