AM：澳门大学曲松楠团队合作首次利用光催化碳点诱导的焦亡癌细胞，制备全癌细胞疫苗

制备具有生物安全性和有效性的全癌细胞疫苗（WCCV）对于肿瘤免疫治疗至关重要。癌细胞焦亡具有高免疫原性，为全癌细胞疫苗的发展提供了有效方法。然而，尚未成功开发出诱导癌细胞焦亡的全癌细胞疫苗。

2024年8月12日，澳门大学曲松楠唯一通讯在Advanced Materials 在线发表题为“Photocatalytic Carbon Dots-Triggered Pyroptosis for Whole Cancer Cell Vaccines”的研究论文。该研究利用光催化碳点（CDs）来诱导癌细胞焦亡，以制备全癌细胞疫苗。

光催化CDs能够产生大量的羟基自由基，在白光照射下有效降低细胞质pH。该过程通过活性氧（ROS）-线粒体-胱天蛋白酶3-gasderminE途径和质子动力驱动的线粒体ATP合成途径有效地触发癌细胞焦亡。体外实验中，光催化CDs诱导的焦磷酸癌细胞（PCIP）过度激活巨噬细胞（M0-M1），上调主要组织相容性复合体II类表达。体内实验中，PCIP通过抗癌免疫记忆在黑色素瘤和乳腺癌小鼠模型中诱导特异性免疫预防，证明了全癌细胞疫苗的有效性。该研究为诱导癌细胞焦亡提供了新方法，填补了基于癌细胞焦亡制备全癌细胞疫苗的空白。

焦亡是一种高免疫原性的细胞死亡形式，在肿瘤免疫治疗领域引起了极大关注。焦亡的生物学特征在于膜中孔形成、细胞肿胀和裂解，以及促炎细胞因子的释放。自2015年以来，研究发现炎症性半胱天冬酶裂解gasderminD（GSDMD）是焦亡细胞死亡的决定性因素，揭示了焦亡背后的复杂机制。尽管存在多种激活焦亡的途径，但普遍认为活化的半胱天冬酶家族诱导GSDM家族裂解，释放GSDM-N结构域，并通过该结构域的成孔活性实现焦亡。大量炎症因子（如IL-1β和IL-18）在成孔后被释放出来，从而改变肿瘤微环境，引发强烈的抗肿瘤免疫反应。不可否认，触发体内癌细胞焦亡在肿瘤免疫治疗中潜力巨大。

肿瘤免疫治疗最理想的方法是开发个性化癌症疫苗。患者自身的灭活癌细胞是潜在的个性化癌症疫苗，但缺乏有效的免疫刺激，导致抗癌反应有限。人们不禁思考，含有诱导免疫原性细胞死亡（ICD）的所有肿瘤抗原的焦亡癌细胞是否有望成为全癌细胞疫苗。近期研究表明，化学疗法/放射疗法、天然化合物或外场响应性纳米材料可以诱发焦亡。然而，据作者所知，没有报道体外诱导的焦亡癌细胞可以作为全癌细胞疫苗，引发有效的抗肿瘤免疫反应。迄今为止，报道的焦亡触发剂（PTA）包括化学/放射治疗剂、重金属元素或毒性纳米复合物，通过破坏抗原呈递细胞影响免疫治疗效果。在已报道的外场诱导的焦亡方法中，通过光敏材料产生的活性氧（ROS）已被证明是一种有效诱导焦亡且毒副作用低的有效方法。因此，开发能够通过光诱导有效产生ROS的非细胞毒性、生物相容性光响应纳米材料，以制备基于焦亡癌细胞的全癌细胞疫苗，对促进个性化肿瘤免疫治疗具有重要意义。

图1 CDs的光催化细胞杀伤能力表征（摘自Advanced Materials ）

碳点（CDs）是超小尺寸（<10nm）的碳纳米颗粒，具有优异的生物相容性、低细胞毒性、可调带隙和多功能光物理特性，在生物成像和生物医学应用中具有独特优势。据报道，几种CD和CD复合系统中通过光诱导产生ROS，已经用于光动力疗法或光催化疗法。然而，迄今为止，尚未报道基于单一CD的光生成ROS触发的焦亡。近期该团队通过缺陷工程制备了在白光照射下，能够实现有效光催化治疗的无金属CD。与光动力疗法相比，光催化直接氧化水分子生成羟基自由基（·OH），氧化能力更强且不受肿瘤缺氧微环境的影响。因此，这种非金属CDs对于构建光催化诱导的焦亡癌细胞疫苗意义重大。

该研究表明，在白光LED照射后，通过ROS-线粒体-caspase3-GSDME途径和质子动力驱动的线粒体ATP合成途径能够实现有效的细胞焦亡。光催化CD诱导的焦亡癌细胞过度激活巨噬细胞（M0至M1），并上调主要组织相容性复合物（MHC）II类表达。APCs有效递送肿瘤抗原可归因于焦亡细胞本身的促炎特性和CDs增强焦亡细胞免疫原性的双重作用。体内试验中，焦亡癌细胞有效抗原递送至淋巴结，随后产生免疫记忆。当遇到相同类型的癌细胞时，快速激活特异性抗癌免疫，在黑色素瘤和乳腺癌模型中实现了显著的肿瘤预防效果。据作者所知，这是光催化CDs诱导的焦亡和焦亡癌细胞作为全癌细胞疫苗的首次报道。考虑到该技术的合理性和创新性，作者认为具备光催化特性的无毒纳米材料构建的焦亡制剂与焦亡诱导细胞系具有作为全癌细胞疫苗的潜力。该方法不仅利用了CD的独特特性，而且为开发高效、个性化肿瘤免疫疗法开辟了新途径。

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参考消息：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202408685