Advanced Science：双金属纳米酶引领肝癌治疗革新 —— 协同铁死亡 - 铜死亡 + 代谢重编程，重塑免疫抑制微环境

文章信息

肝癌作为典型的“冷肿瘤”，免疫治疗效果受限，而肿瘤细胞异常代谢和免疫抑制微环境（TME）更是让铁死亡、铜死亡的抗肿瘤效能大打折扣。近期，桂林医学院附属医院和东南大学中大医院的研究团队在Advanced Science上发表重磅研究，设计出一种新型双金属有机框架纳米材料PEG@AuCZ@CC，通过整合铁死亡- 铜死亡协同诱导、代谢重编程与免疫微环境重塑，实现了肝癌的高效治疗，为冷肿瘤的免疫治疗提供了全新范式！

要点分析

研究背景：肝癌免疫治疗的两大痛点

肝癌对免疫治疗不敏感的核心原因主要有两点：

1.免疫抑制微环境根深蒂固：肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）向促肿瘤的 M2 型极化、CD4+/CD8+ T 细胞因葡萄糖匮乏和高乳酸环境功能受损，而调节性 T 细胞（Treg）却能在这种恶劣环境中稳定发挥免疫抑制作用；

2.单一细胞死亡方式疗效有限：传统凋亡诱导易产生耐药，铁死亡、铜死亡虽有潜力，但肿瘤细胞的抗氧化系统和代谢特性会削弱其效果，且免疫原性细胞死亡（ICD）效应不足，难以有效激活全身抗肿瘤免疫。

为解决上述问题，研究团队创新性地设计了PEG@AuCZ@CC纳米平台，将金属纳米酶的催化特性、双细胞死亡诱导、代谢重编程与免疫微环境调控相结合，实现多模态协同抗肿瘤。

核心设计：PEG@AuCZ@CC 纳米材料的构建与特性

1. 材料合成与结构表征

研究以ZIF-8 为基底，通过一锅法共掺杂铜离子、负载氧化石竹烯（CO）和 α- 氰基 - 4 - 羟基肉桂酸（CHCA），并原位还原氯金酸得到 Au 纳米颗粒，最后用 DSPE-PEG2000-GA 修饰表面，获得PEG@AuCZ@CC纳米颗粒（图1A）。

·形貌上，PEG@AuCZ@CC 呈球形，分散性良好，Au 纳米颗粒（2~3 nm）均匀分布在表面，PEG 修饰后形成透明包覆层（图 1B-D）；

·元素分析证实Zn、Cu、Au 及药物成分的成功负载，XRD 结果表明材料合成和修饰过程未破坏 ZIF-8 的晶体结构，且 PEG 修饰提升了结构稳定性；

·粒径约311.70 nm，zeta 电位为 - 8.34 mV，在血清环境中 5 天内粒径、电位无明显变化，具备优异的生理稳定性；

·药物负载率：CO 为 4.7%、CHCA 为 6.6%，且具有pH 响应性释药特性，在肿瘤酸性微环境（pH 5.4/6.4）中快速释药，中性生理环境中缓慢释放，实现肿瘤靶向给药。

2. 关键酶学活性

PEG@AuCZ@CC 兼具葡萄糖氧化酶（GOx）样活性和谷胱甘肽（GSH）耗竭能力，为后续细胞死亡诱导奠定基础：

·Au 纳米颗粒模拟 GOx，催化葡萄糖氧化生成 H₂O₂和葡萄糖酸，实现肿瘤内葡萄糖耗竭和H₂O₂富集；

·铜离子可被GSH 还原为 Cu⁺，高效耗竭肿瘤细胞内的GSH，破坏其抗氧化系统，增强氧化应激。

图1 PEG@AuCZ@CC 的制备流程、形貌表征、酶学活性及 pH 响应释药特性

核心机制：四重协同，实现肝癌高效治疗

PEG@AuCZ@CC 通过代谢重编程、铁死亡- 铜死亡协同诱导、ICD 效应放大、免疫微环境重塑四重机制，形成闭环式抗肿瘤通路，具体如下：

1. 代谢重编程：逆转肿瘤 “糖酵解依赖”，打造优效免疫微环境

CHCA 作为单羧酸转运体抑制剂，阻断肿瘤细胞乳酸外排，使乳酸在胞内蓄积并负反馈抑制有氧糖酵解，减少肿瘤对葡萄糖的消耗；同时 Au 纳米酶的 GOx 样活性进一步耗竭葡萄糖，最终实现肿瘤微环境高葡萄糖、低乳酸的重塑：

·低乳酸环境抑制M2 型 TAMs 极化，促进其向抗肿瘤的 M1 型重编程；

·高葡萄糖为CD4+/CD8+ T 细胞提供能量，恢复其效应功能；

·乳酸匮乏破坏Treg 细胞的能量代谢，使其免疫抑制作用失稳。

2. 铁死亡 - 铜死亡协同诱导：双重细胞死亡，突破肿瘤耐药

PEG@AuCZ@CC 通过多途径协同激活铁死亡和铜死亡，实现肿瘤细胞的高效杀伤：

铁死亡激活

·CO 诱导铁自噬，释放胞内 Fe²+；

·Au 纳米酶生成的 H₂O₂与Fe²+ 发生芬顿反应，产生大量羟基自由基（・OH）；

·铜离子和锌离子耗竭GSH、下调抗氧化蛋白（Nrf2、GPX4 等），削弱肿瘤细胞的抗氧化能力，最终导致脂质过氧化（LPO）爆发，引发铁死亡。

铜死亡激活

·代谢重编程使肿瘤细胞从糖酵解转向氧化磷酸化（OXPHOS），增强三羧酸（TCA）循环，提升细胞对铜死亡的敏感性；

·铜离子在胞内蓄积，诱导二氢脂酰胺S - 乙酰转移酶（DLAT）寡聚化，引发蛋白毒性应激；

·耗竭铁硫簇蛋白，破坏线粒体功能，最终触发铜死亡。

3. 放大 ICD 效应：激活树突状细胞，启动抗肿瘤免疫

铁死亡和铜死亡的协同诱导显著增强ICD 效应，肿瘤细胞释放大量损伤相关分子模式（DAMPs）—— 钙网蛋白（CRT）膜转位、高迁移率族蛋白 B1（HMGB1）分泌、三磷酸腺苷（ATP）释放：

·DAMPs 有效激活树突状细胞（DCs）成熟，提升肿瘤抗原呈递能力；

·成熟DCs 分泌 IL-6、IL-12 等促炎细胞因子，招募并激活外周 CD4+/CD8+ T 细胞，向肿瘤部位浸润。

4. 重塑免疫微环境：从 “冷” 到 “热”，构建长效抗肿瘤免疫

代谢重编程和ICD 效应的共同作用，实现免疫抑制微环境的全面逆转：

·TAMs 重编程：M1 型 TAMs 比例显著升高，分泌 TNF-α、IL-6 等抗肿瘤细胞因子；

·T 细胞激活：CD4+/CD8+ T 细胞浸润和活化增强，CD8 + 效应 T 细胞功能提升；

·免疫抑制细胞清除：Treg 细胞和髓系来源抑制性细胞（MDSCs）比例大幅降低；

·免疫记忆形成：脾内效应记忆T 细胞比例升高，实现肿瘤再挑战的有效抑制，防止肿瘤复发。

实验验证：体内外均实现高效抗肿瘤，生物安全性优异

1. 体外实验：靶向杀伤肝癌细胞，激活免疫细胞功能

·细胞毒性：PEG@AuCZ@CC 对 Hepa1-6 肝癌细胞具有剂量依赖性杀伤作用，IC50 仅为 33 μg mL⁻¹，而对正常肝细胞（AML-12、THLE-2）毒性极低；

·细胞死亡验证：铁螯合剂（DFO）和铜螯合剂（TTM/TEPA）可显著恢复肝癌细胞活力，证实细胞死亡依赖铁 / 铜通路；

·免疫细胞激活：诱导DCs 成熟率达 27.90%，显著促进 M2 型 RAW264.7 巨噬细胞向 M1 型极化，抑制 Treg 细胞的免疫抑制功能。

2. 体内实验：肿瘤抑制率 85%，实现冷肿瘤向热肿瘤转化

在Hepa1-6 肝癌荷瘤小鼠模型中，PEG@AuCZ@CC 经尾静脉注射后，表现出优异的肿瘤靶向性（主要蓄积在肿瘤组织，肝肺短暂蓄积后代谢，无脱靶毒性）：

·抗肿瘤效果：肿瘤抑制率达85.09%，显著降低肿瘤体积和重量，且小鼠体重无明显变化，生存时间显著延长；

·微环境重塑：肿瘤间质液中乳酸水平降低、葡萄糖水平升高，M1/M2 TAMs 比例升高，CD4+/CD8+ T 细胞浸润和活化增强，Treg 和 MDSCs 比例显著降低；

·ICD 效应与免疫激活：肿瘤组织中CRT、HMGB1 释放增加，DCs 成熟率提升，血清中 IL-6、TNF-α、IFN-γ 等抗肿瘤细胞因子升高，促肿瘤因子 IL-10、TGF-β 降低；

·免疫记忆：肿瘤再挑战模型中，PEG@AuCZ@CC 处理组小鼠的肿瘤生长被显著抑制，脾内效应记忆 T 细胞比例升高 2.9 倍。

3. 生物安全性：全身无明显毒性，具备临床转化潜力

·体外：无溶血性，对红细胞、肺上皮细胞、血管平滑肌细胞毒性极低；

·体内：心、肝、脾、肺、肾等主要脏器无明显组织学损伤，血常规、肝肾功能指标均在正常范围；

·长期安全性：30 天观察期内，小鼠脏器无异常，无锌、铜离子蓄积，无系统性炎症反应（NLR、SII 等炎症指标与对照组无差异）。

图5 PEG@AuCZ@CC 的体内肿瘤靶向性、抗肿瘤效果及组织学验证；图 6 体内免疫微环境重塑及免疫细胞激活数据