《Advanced Science》：Engineering MnPt Bimetallic Nanozymes for Cascade Enzymatic Therapy and Enhanced Radio-Immunotherapy
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本文针对免疫抑制性肿瘤微环境(TME)限制放射免疫治疗(RIT)疗效的临床难题，设计了一种透明质酸(HA)包覆的锰铂双金属纳米酶HD@MnO2。该纳米酶巧妙集成了级联酶催化反应与cGAS–STING通路激活功能，通过增强活性氧(ROS)生成、耗竭谷胱甘肽(GSH)、缓解缺氧来重塑TME并增强放疗敏感性，同时诱导免疫原性细胞死亡(ICD)和激活先天性免疫，有效抑制原位乳腺肿瘤生长和肺转移，为克服传统放射免疫治疗的局限性提供了新策略。
2 结果与讨论
2.1 HD@MnO2的合成与表征
研究人员通过聚烯丙胺盐酸盐(PAH)与高锰酸钾的氧化还原反应合成了带正电的二氧化锰(MnO2)纳米颗粒核心，随后通过静电作用顺序包覆顺铂(DDP)和透明质酸(HA)，成功构建了双金属纳米酶HD@MnO2。表征结果显示，HD@MnO2呈均匀球形，直径约55纳米，表面电荷因HA包覆转为-24.03毫伏。元素分布图与能量色散X射线光谱证实了Pt和Mn的均匀共存与成功整合。该纳米粒子在多种生理介质中稳定性良好，并具有pH响应性降解特性，在酸性肿瘤微环境中可释放约80-90%的Mn2+和DDP。傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱分析进一步验证了其化学与晶体结构，确认了Mn(主要是Mn4+)和Pt(Pt4+与Pt2+共存)的多价态特征。
2.2 HD@MnO2的多酶样活性
得益于Mn和Pt在肿瘤微环境中的可逆价态循环，HD@MnO2展现出卓越的多种酶模拟活性。实验证实，它具有显著的过氧化物酶(POD)样活性，能将过氧化氢(H2O2)催化生成羟基自由基(•OH)；具有谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)样活性，可有效耗竭肿瘤细胞内高水平的谷胱甘肽(GSH)；同时具备过氧化氢酶(CAT)样活性，可分解H2O2产生氧气(O2)，缓解肿瘤缺氧。密度泛函理论计算表明，其POD样和CAT样活性占据主导地位。这些级联的酶催化反应共同放大了肿瘤内的氧化应激水平，为增强放射治疗效果奠定了基础。
2.3 体外增殖抑制与放射增敏作用
HD@MnO2通过其表面HA与肿瘤细胞表面CD44受体的特异性结合，实现了高效靶向递送。体外细胞实验表明，HD@MnO2对4T1乳腺癌细胞具有显著的细胞毒性，并能有效抑制细胞集落形成和迁移能力。当与X射线放疗联合应用时，其抑制效果得到极大增强，表现出优异的放射增敏特性。对正常内皮细胞则未显示出明显毒性，表明其良好的生物相容性。
2.4 HD@MnO2通过增强ROS生成、DNA损伤和ICD来增强放射增敏
机制研究表明，HD@MnO2的纳米催化反应能在细胞内引发活性氧(ROS)的爆发性积累，并显著耗竭细胞内谷胱甘肽(GSH)。这种强烈的氧化应激与X射线放疗协同，导致了更严重的DNA损伤(通过γ-H2AX焦点增加证实)。更重要的是，该处理诱发了强烈的免疫原性细胞死亡(ICD)，表现为钙网蛋白(CRT)在细胞膜表面的暴露，高迁移率族蛋白B1(HMGB1)的细胞核外释放，以及三磷酸腺苷(ATP)分泌的增加。此外，Western印迹分析证实HD@MnO2处理激活了肿瘤细胞内的cGAS–STING信号通路，上调了STING、TBK1和IRF3的磷酸化水平。
2.5 HD@MnO2通过树突状细胞成熟和T细胞活化增强放疗
HD@MnO2诱导的ICD和cGAS–STING通路激活，在体外共培养体系中展现出强大的免疫刺激能力。它能促进4T1细胞分泌干扰素-β(IFN-β)和白介素-6(IL-6)等细胞因子。当与X射线联合应用时，能极显著地促进骨髓来源树突状细胞(BMDCs)的成熟，表现为高表达共刺激分子CD80和CD86的成熟DC比例大幅提升。成熟的DC进而激活了共培养体系中的T细胞，特别是增加了细胞毒性CD8+T细胞的比例，并促进了IFN-γ、TNF-α等效应细胞因子的分泌，表明成功激发了抗肿瘤适应性免疫应答。
2.6 体内抗肿瘤效果
在4T1皮下荷瘤小鼠模型中，HD@MnO2表现出良好的肿瘤靶向积累能力，磁共振T1加权成像证实了其在肿瘤部位的富集。体内治疗实验显示，单独使用HD@MnO2即可有效抑制肿瘤生长，效果优于单独的顺铂(DDP)或HA包覆的MnO2。肿瘤组织的苏木精-伊红(H&E)染色和Ki67免疫组化证实了其抑制细胞增殖的效果。重要的是，肿瘤组织的免疫组化分析显示，HD@MnO2处理上调了磷酸化STING(p-STING)和磷酸化TBK1(p-TBK1)的表达，在体内再次验证了cGAS-STING通路的激活。治疗期间小鼠体重稳定，肝肾功能指标及主要器官病理切片未发现明显异常，表明HD@MnO2具有较好的体内生物安全性。
2.7 体内放射增敏与免疫刺激作用
在4T1原位乳腺肿瘤模型中，HD@MnO2与低剂量(4 Gy)X射线放疗联合应用，展现出最强的肿瘤生长抑制效果，并显著延长了荷瘤小鼠的生存期。对肿瘤组织的免疫学分析显示，联合治疗组肿瘤内干扰素-γ(IFN-γ)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和IFN-β等细胞因子的水平显著升高。流式细胞术分析进一步证实，联合治疗极大地促进了肿瘤浸润树突状细胞(DCs)的成熟(CD80+/CD86+比例大幅提升)，并显著增加了肿瘤内细胞毒性CD8+T细胞的浸润比例，在体内构建了强有力的抗肿瘤免疫微环境。
2.8 基于HD@MnO2的放射免疫疗法抑制4T1-luc肺转移
为了评估该疗法能否激发系统性的抗肿瘤免疫以抑制远端转移，研究建立了术后肺转移模型。结果显示，与单独放疗或PBS对照组相比，HD@MnO2联合X射线治疗能极为有效地抑制4T1-luc肿瘤细胞在肺部的定植和生长。活体生物发光成像、离体肺脏成像、Bouin's染色以及肺组织病理切片均一致表明，联合治疗组小鼠肺部转移结节数量极少，肺组织基本保持正常结构，而对照组则布满转移灶。生存分析进一步证实，联合治疗显著延长了小鼠的生存期。这些结果强有力地证明，HD@MnO2介导的放射免疫治疗不仅能控制局部原发性肿瘤，还能激发强大的全身性抗肿瘤免疫，从而有效抑制肿瘤远端转移。
3 结论
综上所述，该研究成功构建了一种肿瘤靶向的锰铂双金属纳米酶HD@MnO2。它将级联生物催化、免疫调节和放射治疗功能整合于一个纳米平台，通过重塑免疫抑制性肿瘤微环境、增强放射敏感性、诱导免疫原性细胞死亡并激活cGAS–STING先天性免疫通路，实现了局部肿瘤控制与系统性抗肿瘤免疫应答的双重增强，从而有效抑制了乳腺癌的原位生长和肺转移，为克服传统放射免疫治疗的临床局限提供了一种极具前景的新策略。
