东华大学权静、上海交大孙鹏 CEJ：CaO₂/AuPt双金属纳米酶级联催化实现化学动力学/光热/免疫协同治疗

基于纳米酶的化学动力学治疗（CDT）因其安全性高、无需外源供氧、可调控肿瘤微环境等优势，近年来在肿瘤治疗领域备受关注。CDT利用Fenton或类Fenton反应将肿瘤内源性H₂O₂转化为高细胞毒性的活性氧（ROS），从而杀伤肿瘤细胞。然而，CDT的治疗效果受限于两大挑战：一是纳米酶催化活性不足；二是肿瘤微环境中H₂O₂浓度较低（仅50-100×10⁻⁶ M），难以产生足够的ROS实现有效治疗。此外，单一治疗模式往往难以彻底清除肿瘤并防止复发转移。因此，如何构建高效的自供H₂O₂纳米酶体系，并整合多种治疗模式实现协同增效，成为当前肿瘤纳米医学领域的重要研究方向。

据此，东华大学生物与医学工程学院权静副教授、上海交通大学医学院附属同仁医院孙鹏教授（共同通讯作者）开发了一种基于过氧化钙（CaO₂）的AuPt双金属自级联纳米酶体系——CaO₂/AuPt@BSA（CAPB）纳米酶，以实现化学动力学治疗、光热治疗（PTT）和免疫治疗的三重协同抗肿瘤治疗。

2026年1月5日，相关论文以"CaO₂-based AuPt Bimetallic Nanozymes with Cascade Catalysis for Synergistic Chemodynamic/Photothermal/Immunotherapy"为题发表在Chemical Engineering Journal上。

体外和体内实验证实，该体系通过级联催化反应高效产生ROS增强CDT疗效，利用Au的光热效应加速催化反应并实现PTT，同时CaO₂释放的Ca²⁺触发免疫原性细胞死亡（ICD）激活抗肿瘤免疫。联合αPD-L1抗体后，CAPB纳米酶在体内实现了82.7%的肿瘤抑制率，CD8⁺ T细胞和成熟树突状细胞（DCs）比例分别提升至对照组的1.73倍和2.60倍，有效抑制原发和远端肿瘤生长。这种结合催化、光热和免疫治疗的三重方法在肿瘤小鼠模型中展现出显著的有效性，为多模式肿瘤治疗提供了一种强有力的策略，并突出了基于纳米酶的平台在生物医学应用中的潜力。

图文介绍

研究团队采用氯化钙法制备CaO₂纳米球聚集体，随后在其表面负载Au纳米酶和Pt纳米酶，最后以BSA进行表面包封，赋予CAPB纳米酶良好的生物相容性和肿瘤靶向能力。CAPB纳米酶在酸性肿瘤微环境中降解，释放CaO₂、Au和Pt各自发挥功能：CaO₂分解释放H₂O₂和Ca²⁺；Au纳米酶具有GOx类活性，消耗葡萄糖产生额外H₂O₂并实现"饥饿疗法"；Pt纳米酶具有POD类活性，催化H₂O₂生成高毒性•OH；Au同时提供光热转换效能，加速级联反应并实现光热消融；释放的Ca²⁺诱导线粒体功能障碍和免疫原性细胞死亡（ICD），激活抗肿瘤免疫。联合αPD-L1抗体阻断免疫逃逸，实现CDT/PTT/免疫治疗三重协同。

方案1（a）CAPB纳米酶制备的示意图；（b）肿瘤治疗的作用机制。

首先对CAPB纳米酶进行了系统的结构表征。透射电子显微镜（TEM）观察显示，CaO₂、CAP和CAPB纳米酶均呈均匀球形，平均粒径约200 nm。动态光散射（DLS）评估表明，CAPB纳米酶在7天内粒径无显著变化，仅有约10-20 nm的轻微波动，证实其优异的物理稳定性。能量色散X射线（EDX）成像证实CAPB中Au、Pt和Ca元素的共存。X射线光电子能谱（XPS）分析进一步确认了钙、金、铂的化学组成。高分辨Au 4f XPS分析显示Au以零价态存在，且峰位相对纯Au略有偏移，归因于Au/Pt合金形成过程中的电荷转移效应。X射线衍射（XRD）证实CaO₂的成功制备，AuPt修饰后CaO₂衍射峰明显减弱，说明有效防止了CaO₂的过早分解。BSA包封后CAPB纳米酶Zeta电位为-8.37 mV，SDS-PAGE验证了BSA的成功修饰。

图1. CAPB纳米酶的表征

通过TMB显色法和激光仪来评估CAPB纳米酶的ROS产生能力、Michaelis-Menten方程和光热效应。结果表明仅含Au和Pt的CAP和CAPB能在H₂O₂存在下氧化TMB产生652 nm吸收峰，证明•OH的产生依赖于Au和Pt的过氧化物酶类活性。pH依赖性实验显示，酸性条件下•OH生成量显著增加，与肿瘤酸性微环境相吻合。酶动力学分析显示CAPB纳米酶的Michaelis-Menten参数为Km = 39.178 ± 7.656 mM，Vmax = 2.249×10⁻⁶± 1.923×10⁻⁷ M min⁻¹，催化效率优于单一金属纳米酶。光热性能方面，400 μg/mL CAPB溶液在808 nm激光（2 W/cm²）照射10分钟后温度升高约38°C，表现出显著的浓度和功率依赖性光热效应。五次连续光热循环测试后，CAPB仍保持约30°C的温度升高，定量评估计算得光热转换效率为36.3%，证明其优异的光热稳定性。

图2. CAPB纳米酶的光热效应与ROS产生能力

为评估CAPB纳米酶的体外细胞靶向性与促凋亡能力，研究人员系统研究了CAPB纳米酶对正常小鼠成纤维细胞（L929 细胞）和小鼠乳腺癌细胞（4T1 细胞）的影响。利用罗丹明B（Rho B）标记的CAPB纳米酶研究细胞摄取行为，共聚焦显微镜观察显示，4T1肿瘤细胞对CAPB的摄取能力远强于正常L929细胞，这归因于EPR效应和BSA介导的肿瘤靶向作用。近红外光照射进一步增强了细胞摄取。CCK-8细胞毒性评估表明，CAPB纳米酶对正常L929细胞毒性极低，展现良好的生物相容性；而对4T1肿瘤细胞则表现出显著杀伤效果，其中CAPB + NIR组杀伤效率最高。活/死细胞染色和流式细胞术进一步证实了上述结论。CAPB + NIR组的4T1细胞凋亡率高达58.8%，远高于对照组（8.6%存活率91.4%）和CAP组（44.4%），表明光热增强的CDT联合治疗策略实现了最佳抗肿瘤效果。

图3. CAPB纳米酶的体外细胞靶向性与促凋亡能力

利用DCFH-DA探针、Fluo-4 AM钙离子荧光探针和JC-1线粒体探针来探究CAPB纳米酶诱导细胞内ROS产生、Ca²⁺过载与线粒体损伤。结果显示CAP和CAPB组的荧光强度显著高于CaO₂组，表明ROS的产生主要依赖于Au和Pt的过氧化物酶类活性催化H₂O₂生成•OH。CAPB + NIR组产生了最高水平的ROS，证实光热效应可通过提高局部温度加速催化反应，进一步增强ROS生成。Fluo-4 AM钙离子荧光探针检测显示，CAPB处理组4T1细胞内Ca²⁺水平最高。共定位实验证实，CAPB释放的Ca²⁺可进入线粒体，导致线粒体基质中钙离子积累和钙过载。JC-1线粒体膜电位检测进一步证实，CaO₂引起的Ca²⁺过载导致线粒体膜电位降低，而CAPB + NIR组显示最强的绿色荧光信号，表明•OH产生、Ca²⁺过载和光热效应的协同作用导致了严重的线粒体损伤和功能障碍。

图4. CAPB纳米酶诱导细胞内ROS产生、Ca²⁺过载与线粒体损伤

为进一步研究CAPB纳米酶在体内的抗肿瘤效果，建立了4T1皮下肿瘤Balb/c小鼠模型，进行为期14天的治疗。ICG标记的CAPB纳米酶经尾静脉注射后，活体荧光成像显示其在8小时达到肿瘤部位最高富集，而离体荧光成像进一步验证了在肿瘤部位的富集，主要通过肝脏和肾脏代谢。红外热成像显示，CAPB组小鼠肿瘤区域在808 nm激光照射10分钟后温度升至51.5°C（ΔT = 22.2°C），足以消融肿瘤细胞。14天治疗周期结束后，各组肿瘤体积和抑瘤率对比显示：CAPB + NIR + αPD-L1组实现了最显著的肿瘤抑制效果，原发肿瘤抑制率达82.7%，远端肿瘤抑制率达79.18%。补充的双盲对照实验表明，相比单独αPD-L1组，CAPB + NIR + αPD-L1组的原发肿瘤抑制率为其1.67倍，远端肿瘤抑制率为其1.46倍，充分证明了多模态联合治疗的优越性。而且治疗期间小鼠体重无显著波动，说明CAPB纳米酶具有良好的生物安全性。

图5. CAPB纳米酶的体内抗肿瘤疗效

进一步通过组织切片法来观察小鼠体内肿瘤的凋亡及其它器官组织的情况。H&E染色显示，CAPB + NIR组肿瘤组织出现明显的核浆分离现象，表明光热处理造成细胞损伤；CAPB + NIR + αPD-L1组表现出最显著的细胞质分离和凋亡，归因于化学动力学/光热/免疫联合治疗的协同效应。Ki67增殖标志物染色显示，CAPB + NIR + αPD-L1组的红色荧光最弱，表明肿瘤增殖被最有效地抑制。TUNEL凋亡染色进一步证实，CAPB + NIR + αPD-L1组的凋亡率最高。重要的是，各治疗组小鼠主要器官（心、肝、脾、肺、肾）的H&E染色均未发现明显损伤、炎症或坏死，证实CAPB纳米酶无系统性毒性，具有良好的生物安全性。

图6. 肿瘤及各器官组织切片染色分析

通过测定不同治疗后肿瘤组织中CRT、HMGB1和其他基质的含量来研究免疫激活。免疫荧光染色显示，与对照组相比，CAPB和CAPB + NIR组肿瘤组织中钙网蛋白（CRT）暴露和高迁移率族蛋白B1（HMGB1）释放显著增加，证实纳米酶在激光照射下可有效诱导肿瘤细胞发生ICD。流式细胞术分析小鼠淋巴结中的免疫细胞组成，结果显示：联合αPD-L1阻断免疫抑制通路后，CAPB + NIR + αPD-L1组的CD3⁺CD8⁺ T细胞比例达26.7%，成熟树突状细胞（CD80⁺CD86⁺ DCs）比例达30.4%，分别为对照组（15.4%和11.7%）的1.73倍和2.60倍。ELISA检测血清细胞因子水平显示，CAPB + NIR + αPD-L1组的TNF-α和IL-12水平为对照组的2.6倍和1.6倍，IFN-γ水平也显著升高，进一步增强αPD-L1免疫治疗的疗效。这些结果表明，CAPB纳米酶通过CDT和PTT诱导ICD释放损伤相关分子模式（DAMPs），促进DCs成熟和抗原呈递，激活效应T细胞。

图7. CAPB纳米酶触发体内免疫响应性

综上所述，本研究成功设计了一种集催化、光热和免疫治疗功能于一体的自级联纳米酶体系（CAPB纳米酶）。该体系利用Au-Pt和CaO₂的级联催化反应高效产生•OH，通过Au的优异光热效应增强ICD，促进DCs成熟和效应T细胞活化。并联合αPD-L1免疫检查点阻断，进一步防止免疫逃逸，建立协同抗肿瘤免疫应答。这一种联合CDT/PTT/免疫三重的治疗策略在4T1荷瘤小鼠模型中展现出显著疗效，为纳米酶平台在生物医学领域的应用提供了崭新思路，也为多模态协同肿瘤治疗开辟了新方向。

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

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