東華大學權靜、上海交大孫鵬 CEJ：CaO?/AuPt雙金屬納米酶級聯催化實現化學動力學/光熱/免疫協同治療

基于納米酶的化學動力學治療（CDT）因其安全性高、無需外源供氧、可調控腫瘤微環境等優勢，近年來在腫瘤治療領域備受關注。CDT利用Fenton或類Fenton反應將腫瘤內源性H?O?轉化為高細胞毒性的活性氧（ROS），從而殺傷腫瘤細胞。然而，CDT的治療效果受限于兩大挑戰：一是納米酶催化活性不足；二是腫瘤微環境中H?O?濃度較低（僅50-100×10?? M），難以產生足夠的ROS實現有效治療。此外，單一治療模式往往難以徹底清除腫瘤并防止復發轉移。因此，如何構建高效的自供H?O?納米酶體系，并整合多種治療模式實現協同增效，成為當前腫瘤納米醫學領域的重要研究方向。

據此，東華大學生物與醫學工程學院權靜副教授、上海交通大學醫學院附屬同仁醫院孫鵬教授（共同通訊作者）開發了一種基于過氧化鈣（CaO?）的AuPt雙金屬自級聯納米酶體系——CaO?/AuPt@BSA（CAPB）納米酶，以實現化學動力學治療、光熱治療（PTT）和免疫治療的三重協同抗腫瘤治療。

2026年1月5日，相關論文以"CaO?-based AuPt Bimetallic Nanozymes with Cascade Catalysis for Synergistic Chemodynamic/Photothermal/Immunotherapy"為題發表在Chemical Engineering Journal上。

體外和體內實驗證實，該體系通過級聯催化反應高效產生ROS增強CDT療效，利用Au的光熱效應加速催化反應并實現PTT，同時CaO?釋放的Ca2?觸發免疫原性細胞死亡（ICD）激活抗腫瘤免疫。聯合αPD-L1抗體后，CAPB納米酶在體內實現了82.7%的腫瘤抑制率，CD8? T細胞和成熟樹突狀細胞（DCs）比例分別提升至對照組的1.73倍和2.60倍，有效抑制原發和遠端腫瘤生長。這種結合催化、光熱和免疫治療的三重方法在腫瘤小鼠模型中展現出顯著的有效性，為多模式腫瘤治療提供了一種強有力的策略，并突出了基于納米酶的平臺在生物醫學應用中的潛力。

圖文介紹

研究團隊采用氯化鈣法制備CaO?納米球聚集體，隨后在其表面負載Au納米酶和Pt納米酶，最后以BSA進行表面包封，賦予CAPB納米酶良好的生物相容性和腫瘤靶向能力。CAPB納米酶在酸性腫瘤微環境中降解，釋放CaO?、Au和Pt各自發揮功能：CaO?分解釋放H?O?和Ca2?；Au納米酶具有GOx類活性，消耗葡萄糖產生額外H?O?并實現"饑餓療法"；Pt納米酶具有POD類活性，催化H?O?生成高毒性?OH；Au同時提供光熱轉換效能，加速級聯反應并實現光熱消融；釋放的Ca2?誘導線粒體功能障礙和免疫原性細胞死亡（ICD），激活抗腫瘤免疫。聯合αPD-L1抗體阻斷免疫逃逸，實現CDT/PTT/免疫治療三重協同。

方案1（a）CAPB納米酶制備的示意圖；（b）腫瘤治療的作用機制。

首先對CAPB納米酶進行了系統的結構表征。透射電子顯微鏡（TEM）觀察顯示，CaO?、CAP和CAPB納米酶均呈均勻球形，平均粒徑約200 nm。動態光散射（DLS）評估表明，CAPB納米酶在7天內粒徑無顯著變化，僅有約10-20 nm的輕微波動，證實其優異的物理穩定性。能量色散X射線（EDX）成像證實CAPB中Au、Pt和Ca元素的共存。X射線光電子能譜（XPS）分析進一步確認了鈣、金、鉑的化學組成。高分辨Au 4f XPS分析顯示Au以零價態存在，且峰位相對純Au略有偏移，歸因于Au/Pt合金形成過程中的電荷轉移效應。X射線衍射（XRD）證實CaO?的成功制備，AuPt修飾后CaO?衍射峰明顯減弱，說明有效防止了CaO?的過早分解。BSA包封后CAPB納米酶Zeta電位為-8.37 mV，SDS-PAGE驗證了BSA的成功修飾。

圖1. CAPB納米酶的表征

通過TMB顯色法和激光儀來評估CAPB納米酶的ROS產生能力、Michaelis-Menten方程和光熱效應。結果表明僅含Au和Pt的CAP和CAPB能在H?O?存在下氧化TMB產生652 nm吸收峰，證明?OH的產生依賴于Au和Pt的過氧化物酶類活性。pH依賴性實驗顯示，酸性條件下?OH生成量顯著增加，與腫瘤酸性微環境相吻合。酶動力學分析顯示CAPB納米酶的Michaelis-Menten參數為Km = 39.178 ± 7.656 mM，Vmax = 2.249×10??± 1.923×10?? M min?1，催化效率優于單一金屬納米酶。光熱性能方面，400 μg/mL CAPB溶液在808 nm激光（2 W/cm2）照射10分鐘后溫度升高約38°C，表現出顯著的濃度和功率依賴性光熱效應。五次連續光熱循環測試后，CAPB仍保持約30°C的溫度升高，定量評估計算得光熱轉換效率為36.3%，證明其優異的光熱穩定性。

圖2. CAPB納米酶的光熱效應與ROS產生能力

為評估CAPB納米酶的體外細胞靶向性與促凋亡能力，研究人員系統研究了CAPB納米酶對正常小鼠成纖維細胞（L929 細胞）和小鼠乳腺癌細胞（4T1 細胞）的影響。利用羅丹明B（Rho B）標記的CAPB納米酶研究細胞攝取行為，共聚焦顯微鏡觀察顯示，4T1腫瘤細胞對CAPB的攝取能力遠強于正常L929細胞，這歸因于EPR效應和BSA介導的腫瘤靶向作用。近紅外光照射進一步增強了細胞攝取。CCK-8細胞毒性評估表明，CAPB納米酶對正常L929細胞毒性極低，展現良好的生物相容性；而對4T1腫瘤細胞則表現出顯著殺傷效果，其中CAPB + NIR組殺傷效率最高。活/死細胞染色和流式細胞術進一步證實了上述結論。CAPB + NIR組的4T1細胞凋亡率高達58.8%，遠高于對照組（8.6%存活率91.4%）和CAP組（44.4%），表明光熱增強的CDT聯合治療策略實現了最佳抗腫瘤效果。

圖3. CAPB納米酶的體外細胞靶向性與促凋亡能力

利用DCFH-DA探針、Fluo-4 AM鈣離子熒光探針和JC-1線粒體探針來探究CAPB納米酶誘導細胞內ROS產生、Ca2?過載與線粒體損傷。結果顯示CAP和CAPB組的熒光強度顯著高于CaO?組，表明ROS的產生主要依賴于Au和Pt的過氧化物酶類活性催化H?O?生成?OH。CAPB + NIR組產生了最高水平的ROS，證實光熱效應可通過提高局部溫度加速催化反應，進一步增強ROS生成。Fluo-4 AM鈣離子熒光探針檢測顯示，CAPB處理組4T1細胞內Ca2?水平最高。共定位實驗證實，CAPB釋放的Ca2?可進入線粒體，導致線粒體基質中鈣離子積累和鈣過載。JC-1線粒體膜電位檢測進一步證實，CaO?引起的Ca2?過載導致線粒體膜電位降低，而CAPB + NIR組顯示最強的綠色熒光信號，表明?OH產生、Ca2?過載和光熱效應的協同作用導致了嚴重的線粒體損傷和功能障礙。

圖4. CAPB納米酶誘導細胞內ROS產生、Ca2?過載與線粒體損傷

為進一步研究CAPB納米酶在體內的抗腫瘤效果，建立了4T1皮下腫瘤Balb/c小鼠模型，進行為期14天的治療。ICG標記的CAPB納米酶經尾靜脈注射后，活體熒光成像顯示其在8小時達到腫瘤部位最高富集，而離體熒光成像進一步驗證了在腫瘤部位的富集，主要通過肝臟和腎臟代謝。紅外熱成像顯示，CAPB組小鼠腫瘤區域在808 nm激光照射10分鐘后溫度升至51.5°C（ΔT = 22.2°C），足以消融腫瘤細胞。14天治療周期結束后，各組腫瘤體積和抑瘤率對比顯示：CAPB + NIR + αPD-L1組實現了最顯著的腫瘤抑制效果，原發腫瘤抑制率達82.7%，遠端腫瘤抑制率達79.18%。補充的雙盲對照實驗表明，相比單獨αPD-L1組，CAPB + NIR + αPD-L1組的原發腫瘤抑制率為其1.67倍，遠端腫瘤抑制率為其1.46倍，充分證明了多模態聯合治療的優越性。而且治療期間小鼠體重無顯著波動，說明CAPB納米酶具有良好的生物安全性。

圖5. CAPB納米酶的體內抗腫瘤療效

進一步通過組織切片法來觀察小鼠體內腫瘤的凋亡及其它器官組織的情況。H&E染色顯示，CAPB + NIR組腫瘤組織出現明顯的核漿分離現象，表明光熱處理造成細胞損傷；CAPB + NIR + αPD-L1組表現出最顯著的細胞質分離和凋亡，歸因于化學動力學/光熱/免疫聯合治療的協同效應。Ki67增殖標志物染色顯示，CAPB + NIR + αPD-L1組的紅色熒光最弱，表明腫瘤增殖被最有效地抑制。TUNEL凋亡染色進一步證實，CAPB + NIR + αPD-L1組的凋亡率最高。重要的是，各治療組小鼠主要器官（心、肝、脾、肺、腎）的H&E染色均未發現明顯損傷、炎癥或壞死，證實CAPB納米酶無系統性毒性，具有良好的生物安全性。

圖6. 腫瘤及各器官組織切片染色分析

通過測定不同治療后腫瘤組織中CRT、HMGB1和其他基質的含量來研究免疫激活。免疫熒光染色顯示，與對照組相比，CAPB和CAPB + NIR組腫瘤組織中鈣網蛋白（CRT）暴露和高遷移率族蛋白B1（HMGB1）釋放顯著增加，證實納米酶在激光照射下可有效誘導腫瘤細胞發生ICD。流式細胞術分析小鼠淋巴結中的免疫細胞組成，結果顯示：聯合αPD-L1阻斷免疫抑制通路后，CAPB + NIR + αPD-L1組的CD3?CD8? T細胞比例達26.7%，成熟樹突狀細胞（CD80?CD86? DCs）比例達30.4%，分別為對照組（15.4%和11.7%）的1.73倍和2.60倍。ELISA檢測血清細胞因子水平顯示，CAPB + NIR + αPD-L1組的TNF-α和IL-12水平為對照組的2.6倍和1.6倍，IFN-γ水平也顯著升高，進一步增強αPD-L1免疫治療的療效。這些結果表明，CAPB納米酶通過CDT和PTT誘導ICD釋放損傷相關分子模式（DAMPs），促進DCs成熟和抗原呈遞，激活效應T細胞。

圖7. CAPB納米酶觸發體內免疫響應性

綜上所述，本研究成功設計了一種集催化、光熱和免疫治療功能于一體的自級聯納米酶體系（CAPB納米酶）。該體系利用Au-Pt和CaO?的級聯催化反應高效產生?OH，通過Au的優異光熱效應增強ICD，促進DCs成熟和效應T細胞活化。并聯合αPD-L1免疫檢查點阻斷，進一步防止免疫逃逸，建立協同抗腫瘤免疫應答。這一種聯合CDT/PTT/免疫三重的治療策略在4T1荷瘤小鼠模型中展現出顯著療效，為納米酶平臺在生物醫學領域的應用提供了嶄新思路，也為多模態協同腫瘤治療開辟了新方向。

https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.172568

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