针对上述问题，西南交通大学周绍兵/侯建文团队开发了基于纳米工程化微藻（PCC@AuNP）的光激活免疫刺激平台，能在肿瘤微环境中持续产生H₂和O₂并高效耗竭乳酸，从根本上提升肿瘤免疫原性和重塑TME。本研究创新性构建了可控光激活微藻免疫刺激剂，实现了局部气体调控和TME重塑，极大增强了抗肿瘤免疫效果并确保生物安全性。该文章于2025年10月8号以《Photoactivatable immunostimulatory nanoengineered microalgae for boosting cascade-activated antitumor immunity》为题发表于《Science advances》（DOI：10.1126/sciadv.adw4212）。

图1.PCC@AuNP的合成过程和抗肿瘤机制示意图。在红色激光照射下，PCC@AuNP光催化氧化瘤内LA并产生丰富的H₂同时产生O₂通过可持续和可控的方式进行光合作用。本地生成的 H₂通过触发严重的内质网应激和线粒体功能障碍来诱导强大的 ICD，与 S. elongatus PCC 7942 释放的 ARS-2 协同作用，促进 DC 成熟。同时，连续O₂生产和高效的 LA 耗竭通过抑制 MDSC 和 T 的浸润重塑免疫抑制 TME注册细胞并促进TAMs的M2-M1复极化，从而增强CTL活性，有效抑制原发肿瘤和远处肿瘤的进展。

（1）PCC@AuNP的制备与表征

通过还原法成功制备了直径约5 nm的金纳米颗粒（AuNPs），并将其共价修饰于光合蓝藻PCC表面，构建出稳定的PCC@AuNP复合体系。表征结果显示，AuNPs均匀锚定后，PCC表面由光滑变为粗糙，zeta电位显著负移，并在510 nm处出现Au特征吸收峰，确证了复合成功。该复合材料在635 nm红光照射下既能持续产氧（光合作用），又能高效产氢并同步消耗肿瘤微环境中的乳酸（光催化）：产氧量与PCC相当且12天内保持稳定；产氢量40 min内达112.9 μM，远高于PCC或AuNPs单独使用，并伴随乳酸显著下降。其机制为叶绿素a吸收光能后向AuNPs注入电子，AuNPs作为催化位点将乳酸质子还原为H₂，同时自身被氧化为丙酮酸，实现“产氢-耗酸”协同。由此可见，AuNPs的引入在不削弱PCC产氧能力的前提下，大幅增强了光催化产氢与乳酸耗竭功能，为后续肿瘤免疫治疗提供了兼具O₂供给、H₂生成与微环境重塑的多功能平台。

图2. PCC@AuNP的制备和表征。(A）AuNPs的HRTEM图像和晶格条纹。（B）PCC的HRTEM图像。（C）HRTEM图像和PCC@AuNP的晶格间距。（D）PCC和PCC@AuNP的元素映射分析。（E）Zeta电位和（F）PCC、AuNPs和PCC@AuNP的紫外可见光谱。A.U.，任意单位。（G）溶解O的比较2在红色激光照射下从 PCC 和 PCC@AuNP 释放，通过溶解的 O 测量2分析器。升，升。（H） 释放溶解的O2PCC@AuNP储存期间几天的水平，通过溶解的 O2分析器。（I） （αhν） 的图2与 hν 确定带隙和 PCC@AuNP 的 （J） VB 电位。（k） WO 的照片3经过各种处理。（L） 光催化H2通过 GC 测量的 AuNPs、PCC 和 PCC@AuNP 的生产行为。（M）通过LA检测试剂盒测量的不同处理的光催化LA消耗行为。（N） H 的拟议机制2产量和 LA 消耗量按 PCC@AuNP。数据以标准差±均值表示（n = 3）。

（2）PCC@AuNP的体外抗癌作用

体外实验表明，PCC@AuNP 在 635 nm 激光激发下产生的 H₂能选择性杀伤肿瘤细胞而不损伤正常细胞：复合材料本身对 HUVEC、巨噬细胞及 B16F10 均无毒，但光照后黑色素瘤细胞死亡率高达 77%，凋亡率近 75%。机制上，H₂先短暂降低胞内 ROS，继而触发肿瘤细胞“过度补偿”式ROS爆发，持续升高3h以上，导致钙离子失衡、线粒体膜电位下降、细胞色素c释放及DNA双链断裂，最终通过内质网应激途径诱导凋亡。与此同时，CRT膜外翻、HMGB1和ATP大量释放，证实其启动了免疫原性细胞死亡(ICD)，为后续树突状细胞激活和抗肿瘤免疫应答奠定基础。

图3. 体外抗肿瘤作用。（A）活/死染色图像和（B）各种处理后B16F10细胞的活力。（C）膜联蛋白V-异硫氰酸荧光素（FITC）细胞凋亡测定和（D）各种处理后B16F10细胞的统计分析。PI，碘化丙啶。（E）不同治疗组B16F10细胞中细胞内ROS水平的时间变化。（F）WB分析B16F10细胞中GRP78、CHOP、Cyto C、p65和LC3B蛋白表达水平。（G）RT-qPCR分析B16F10细胞中GRP78，CHOP，Cyto C，p65和LC3B mRNA在各种处理后的表达。 （H）CLSM图像和（I）JC-1单体与B16F10细胞中聚集体形式的比率。（J） 代表性的生物透射电镜图像显示了各种处理后 B16F10 细胞的线粒体超微结构。（K）荧光图像显示各种处理后B16F10细胞表面的CRT暴露。质膜用亲脂性羧菁染料 DiD 无毒标记，以可视化细胞边界。（L）各种处理后B16F10细胞上清液中的HMGB1含量。（M）各种处理后B16F10细胞中的细胞内ATP水平。数据以标准差±均值表示（n = 3）。P < 0.001，****P < 0.0001。

（3）免疫细胞的体外调节

实验首先利用Transwell体系证实，PCC@AuNP 光照后释放的DAMPs可显著促进骨髓来源树突状细胞(BMDC)成熟；同时，过度光照使藻细胞破裂，释出ARS-2等多种内源性佐剂，协同增强DC激活能力。另一方面，PCC@AuNP 在激光照射下的光合产氧能力迅速缓解B16F10 胞内缺氧(Ru(dpp)₃Cl₂荧光几乎消失)，并光催化消耗乳酸，使培养基LA水平显著下降。微环境“氧升酸降”直接诱导肿瘤相关巨噬细胞由促瘤M2型(59.3%→6.6%)向杀瘤M1型(7.7%→55.2%）极化，伴随IL-10降低62%、IL-6升高2.3倍。综上，PCC@AuNP 光照后一方面通过DAMPs/ARS-2激活DC，另一方面凭借持续产氧与耗酸重塑巨噬细胞极化，两者协同启动并放大抗肿瘤免疫通路。

图4.体外巨噬细胞极化和DC成熟的调节。(A）使用transwell共培养系统评估 DC 成熟度的过程示意图。（B）各种处理后PCC的SEM图像。（C）流式细胞术分析和（D）各种处理后成熟BMDC的相应定量。（E）DC 在各种处理后释放的上清液中的 TNF-α水平。（F）Ru（dpp）的荧光成像3氯2-染色的 B16F10 细胞经过各种处理。（G）定量评估各种处理后B16F10细胞中细胞外LA浓度。（H至K）流式细胞术分析以及不同组的（H 和I）M2巨噬细胞（CD206）和（J和K）M1巨噬细胞（CD86）的相应定量。数据以标准差±均值表示（n = 3）。P < 0.001，****P < 0.0001。

（4）抗肿瘤功效的体内评价

在双侧 B16F10 黑色素瘤小鼠模型中，PCC@AuNP 加 635 nm 激光治疗展现出强效且安全的系统抗肿瘤作用：瘤内注射后72 h仍局限滞留于肿瘤(缺氧靶向)，仅两次给药即可使原发瘤抑制率达 91.8%，远端瘤抑制率 93.1%，部分肿瘤完全消退，显著延长生存期，而体重与主要血液生化指标无异常，器官组织学未见毒性。机制上，治疗组肿瘤内ROS爆发、细胞凋亡最高、增殖最低，证实H₂-ICD与O₂-免疫微环境重塑的协同效应在体内依然成立；同时材料血液相容性良好，无溶血或凝血风险。综上，该策略可在体高效激活“局部产氢-耗酸-放氧”级联，安全抑制原发与转移灶，为后续临床转化提供了可靠依据。

图5. 抗癌疗效的体内评价。（A）小鼠模型中双侧肿瘤治疗方案的示意图。（B和C）各种治疗后个体小鼠中（B）原发肿瘤和（C）远处肿瘤的生长曲线。（D 和 E） 在各种治疗 15 天后获得的 （D） 原发肿瘤和 （E） 远处肿瘤的代表性图像。治疗组：（1）对照组，（2）激光，（3）PCC，（4）PCC+激光，（5）PCC@AuNP，（6）PCC@AuNP+激光。（F和G）各种治疗后小鼠中（F）原发肿瘤和（G）远处肿瘤的重量。（H 和 I） 各种治疗后小鼠 （H） 原发肿瘤和 （I） 远处肿瘤的抑制率。（J）各种治疗后小鼠的存活率。（K）不同组小鼠平均体重的时间变化。（L）各种治疗后原发性肿瘤组织中H&E染色，Ki-67表达和TUNEL测定的代表性图像。数据以标准差±均值表示（n ≥ 5）。P < 0.0001。

（5）体内免疫激活

在体内机制层面，PCC@AuNP+激光通过“氢-氧-酸”三重调控彻底扭转肿瘤免疫抑制：① 诱导强烈免疫原性细胞死亡——CRT 膜表达提升6倍、HMGB1 分泌增加2倍、ATP 下降77%，并伴随 GRP78/CHOP/Cyto C 等 ER 应激-凋亡通路蛋白显著上调；② 光合作用持续供氧使HIF-1α荧光信号大幅减弱，瘤内乳酸降低72%，从而重塑微环境；③ 上述变化协同 ARS-2 佐剂，使原发与远端引流淋巴结中成熟DC分别增加3.5倍与3.3倍，瘤内M1型巨噬细胞由7%升至43%、M2型由40%降至5%，Treg 和MDSC浸润分别减少79%与87%；最终CD4⁺和 CD8⁺T 细胞在原发瘤内渗透提高3.1倍与2.4倍，远端瘤亦增加2倍以上，血清IL-6、TNF-α、IL-12、IFN-γ 显著上升而 IL-10 下降，系统免疫被全面激活。

图6.体内抗肿瘤免疫反应。(A）各种治疗后肿瘤组织中 CRT 和 HMGB1 的免疫荧光染色。（B）流式细胞术分析各种治疗后B16F10肿瘤中CRT表达。（C）WB分析各种治疗后肿瘤中GRP78、CHOP、Cyto C、p65和LC3B蛋白的表达水平。（D）各种治疗后肿瘤中HIF-1α的免疫荧光分析。（E和F）（E）原发肿瘤和（F）远处肿瘤淋巴结中成熟DC（CD11c门控的CD80CD86细胞）的相对流式细胞术定量。（G 至 J） （G） M1 巨噬细胞（CD45F4/80CD86 细胞）和 （H） M2 巨噬细胞（CD45F4/80CD206 细胞）的相对流式细胞术定量，（I） T+++++++++注册原发肿瘤中的细胞（CD45CD4Foxp3 T 细胞）和 （J） MDSCs（CD45CD11bGr-1 细胞）。（K）代表性流式细胞术分析和（L和M）T细胞（CD4CD8+++++++−细胞和 CD4−CD8 细胞在原发肿瘤中对 CD45 进行门控。PE，藻红蛋白。（N）代表性流式细胞术分析和T细胞（CD4CD8 +++−细胞和 CD4−CD8 细胞在 CD45 上门控）在远处肿瘤中。（Q 和 R） 在各种治疗后对 （Q） 原发肿瘤和 （R） 远处肿瘤中的 CD8 T 细胞进行免疫荧光染色（绿色：CD3，红色：CD8，蓝色：DAPI）。（S） 第 15 天 IL-6、IL-10、TNF-α、IL-12 和 IFN-γ 细胞因子的血清浓度。数据以标准差±均值表示（n ≥ 4）。P < 0.001，****P < 0.0001。