光动力疗法（PDT）是一种有前景的癌症治疗方法，但其疗效常因肿瘤缺氧和免疫激活有限而受损。我们开发了一种多功能光合作用纳米平台（PnanoCB），源自微囊虫韦森伯格氏菌，旨在缓解缺氧、增强活性氧（ROS）介导的肿瘤细胞杀伤，并激活抗肿瘤免疫。蓝藻被重构为源自原生体的囊泡，保留光合作用能力和叶绿素，并通过 pH 敏感 pH 低插入肽（pHLIP）连接蛋白，通过可切割的基质金属蛋白酶-2（MMP-2）抗 PD-L1 肽功能化，用于肿瘤靶向免疫检查点阻断。红光照射后，PnanoCB 高效原位生成氧气，克服缺氧，显著增强 PDT 诱导的 ROS 产生。将 PnanoCB 与拟禁食饮食（FMD）结合，进一步改善肿瘤积累和治疗效果。PnanoCB、光照照射和口蹄疫的结合在 4T1 乳腺癌模型中实现了最强的肿瘤抑制，并在再挑战模型中有效防止肿瘤复发，且对主要器官无明显毒性。总体而言，PnanoCB 显著缓解缺氧，促进免疫原性细胞死亡，并通过刺激干扰素基因（STING）途径激活，激活强健的树突状细胞（DC）成熟。本研究展示了结合光合作用氧气生成、光动力免疫疗法和代谢干预的策略，以重塑肿瘤微环境并诱导强健的系统性抗肿瘤免疫。
该研究以题为“Photosynthetic Nanobacteria Drive Metabolic-Immune Synergy for Hypoxia-Resistant Cancer Therapy”发表在Advanced Materials上。光合抗PD-L1纳米细菌抑制肿瘤增殖与增强免疫反应的示意图。PnanoCB具有进化型光合系统，可高效产氧，并天然富含叶绿素，从而实现活性氧（ROS）的稳定生成。该特性能增强肿瘤细胞杀伤作用并诱导 ICD ，进而提升肿瘤免疫原性。此外，PnanoCB与 FMD 的联合应用通过激活刺突信号通路促进树突状细胞（DC）成熟，继而强化抗肿瘤免疫应答并刺激效应T细胞活化。总体而言，PnanoCB与 FMD 协同作用可增强光疗免疫原性，并有效提升抗肿瘤T细胞应答水平。

纳米蓝藻的合成与表征。(a) 纳米蓝藻（nanoCB）制备流程示意图。通过MMP-2可切割底物连接pHLIPs，将抗PD-L1肽段偶联至nanoCB表面，生成PnanoCB。(b) 完整蓝藻（韦氏微囊藻）、原生质体、nanoCB及PnanoCB的透射电子显微镜图像。比例尺：1 µm ；插图显示膜结构与内部细节（比例尺：100 nm）。(c) 红色激光照射下天然蓝藻、原生质体、纯化nanoCB及PnanoCB的代表性照片。蓝藻与原生质体沉降于试管底部，而nanoCB与PnanoCB呈现稳定分散状态并具有清晰丁达尔效应（红色箭头）。(d) 室温下通过动态光散射法测得nanoCB与PnanoCB的粒径分布曲线。(e) PnanoCB的激发与发射光谱。(f) 白光或红光照射下蓝藻、nanoCB及PnanoCB的产氧性能。RL：红光；WL：白光。(g) PnanoCB在常氧与低氧条件下的氧合性能。(h) 加/不加MMP-2孵育后PnanoCB上清液的荧光强度，表明酶响应性肽段释放。数据以均值±标准差表示（n=3）。

FMD 与氧合作用增强PnanoCB介导的细胞毒性。(a)共聚焦显微镜图像分析显示：4T1肿瘤细胞在37℃常温或 FMD 条件下与nanoCB或PnanoCB（红色荧光）孵育6小时后的结果。比例尺：50 µm 。(b)流式细胞术分析显示：4T1肿瘤细胞在37℃常温或 FMD 条件下与nanoCB或PnanoCB孵育6小时后的结果。(c)采用 DCFH -DA染色（绿色荧光）检测PnanoCB处理联合红光照射后4T1细胞内活性氧（ROS）水平。比例尺：50 µm 。(d)活/死细胞染色显示：指定条件下处理的4T1细胞中活细胞呈绿色，死细胞呈红色。比例尺：50 µm 。(e)通过Annexin V- FITC /PI染色流式细胞术分析凋亡细胞情况。(f)低氧（1% O2）与常氧条件下PnanoCB处理的4T1肿瘤细胞存活率。数据以均值±标准差表示（n=3），a、b、f图中均采用单因素方差分析（*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。PnanoCB可增强体内肿瘤氧合状态及活性氧（ROS）生成。(a) 4T1荷瘤 BALB /c小鼠经静脉注射nanoCB或PnanoCB后6、12及24小时的体内荧光成像观察。(b) 注射后24小时肿瘤组织及主要器官的离体荧光成像，用于观察叶绿素信号分布。(c) MSOT 成像显示肿瘤内氧合血红蛋白（HbO2）分布情况（虚线圆圈标示区域）。比例尺：5毫米。(d) 注射后24小时接受nanoCB或PnanoCB治疗的小鼠经红光照射后肿瘤氧合水平实时监测。(e) 共聚焦荧光图像及(f) SOSG 染色（绿色）定量分析结果，用于评估肿瘤组织中ROS水平。数据以均值±标准差表示（n=3）。统计学显著性采用单因素方差分析评估（*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）。

参考消息：

DOI: 10.1002/adma.72834