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背景介绍
光动力治疗（PDT）因其非侵入性、精准时空选择性和优异生物安全性等优势，在癌症治疗领域备受关注。然而，PDT的临床转化面临多重挑战：光敏剂对肿瘤细胞选择性差、肿瘤缺氧微环境严重制约氧气依赖性ROS的产生、肿瘤细胞内过量谷胱甘肽（GSH）会中和产生的ROS从而降低疗效，同时缺氧诱导因子HIF-1α的过表达还会促进肿瘤增殖和转移。因此，开发能够同时改善光敏剂递送、缓解肿瘤缺氧、消耗GSH的多功能纳米平台，是提升PDT疗效的关键。
研究思路
针对上述挑战，首都医科大学汪晓军教授、中国科学院深圳先进技术研究院龚萍研究员、蔡林涛研究员以及上海交通大学医学院Xu Ye研究员团队提出了一种基于超分子自组装的Ala-Ce@Ce6杂化纳米酶。该团队以天然L-丙氨酸为配体，与硝酸铈铵通过一锅法合成水溶性丙氨酸-铈簇合物（Ala-Ce），然后利用光敏剂二氢卟吩e6（Ce6）与该簇合物在冰浴超声条件下通过配位键、π-π堆积和氢键等多重非共价相互作用驱动自组装，形成粒径约120 nm的均匀纳米颗粒Ala-Ce@Ce6。该纳米酶中Ce(IV)/Ce(III)混合价态赋予其双重酶样活性：类过氧化氢酶活性可催化肿瘤内源性H₂O₂分解产生O₂，缓解缺氧并下调HIF-1α表达；同时消耗GSH，下调GPX4诱导铁死亡。Ce6在660 nm激光照射下高效产生单线态氧，触发凋亡。该纳米酶还具有良好的水分散性、GSH响应性Ce6释放和优异的光稳定性。体内外实验证实，Ala-Ce@Ce6联合激光治疗显著抑制4T1肿瘤生长，同时诱导铁死亡和凋亡双重细胞死亡机制。相关内容以“Ala-Ce@Ce6 Hybrid Supramolecular Nanozyme for Oxygen Self-supplying Hypoxia Photodynamic Therapy”发表在Biomaterials。
图片解析
图1. Ala-Ce簇合物的合成与表征： (a) Ala-Ce簇合物合成过程示意图。(b) Ala-Ce的粉末X射线衍射图谱。(c) Ala-Ce的傅里叶变换红外光谱。(d) Ala-Ce轨道组分的X射线光电子能谱。(e) Ala-Ce的类过氧化氢酶活性和GSH消耗能力示意图。(f) 加入H₂O₂（0和50 μM）后Ala-Ce溶液中溶解氧水平的变化。(g) 不同浓度Ala-Ce@Ce6纳米酶对GSH（1 mM）的消耗。
图2. Ala-Ce@Ce6纳米酶的合成与表征： (a) 不同时间点（0、2、4、6、8、10 ps）Ce6与Ala-Ce之间自组装机制的分子模拟。(b) 能量和温度随AIMD模拟时间的变化曲线（300 K, 10 ps）。(c) Ala-Ce@Ce6的水合粒径及SEM图像。(d) Ala-Ce@Ce6中N、O、Ce的元素分布图。(e) 加入Ala-Ce@Ce6后GSH消耗的时间依赖性吸收光谱。(f) 不同条件下Ala-Ce@Ce6中Ce6的累积释放曲线（n=3）。(g) 加入不同浓度H₂O₂后Ala-Ce@Ce6溶液中溶解氧水平的变化。(h) 水和Ala-Ce@Ce6在660 nm激光照射下DPBF随时间氧化以证明¹O₂的产生（n=3）。
图3. Ala-Ce@Ce6的细胞内摄取与O₂生成能力： (a) 游离Ce6和Ala-Ce@Ce6处理4T1细胞的共聚焦荧光图像及(b) 流式细胞术定量分析（n=3）。(c) 不同孵育时间下Ala-Ce@Ce6在4T1细胞中的内吞流式图。(d) Ala-Ce@Ce6缓解缺氧的机制示意图。(e) 不同条件下HIF-1α表达水平的Western blot结果。(f) 图e数据的定量分析（I: PBS（常氧），II: PBS（缺氧），III: H₂O₂（缺氧），IV: Ala-Ce@Ce6（缺氧），V: Ala-Ce@Ce6+H₂O₂（缺氧），n=3）。(g) RDPP荧光法检测不同处理下细胞内O₂生成（常氧和缺氧条件）。(h) 图g数据的定量分析（n=3）。
图4. Ala-Ce@Ce6在常氧和缺氧条件下的体外治疗效果： (a) 常氧条件下4T1细胞与不同浓度游离Ce6和Ala-Ce@Ce6孵育的CCK-8结果（无激光）。(b) 常氧条件下有激光照射的CCK-8结果。(c) 缺氧条件下有激光照射的CCK-8结果（n=3）。(d) 常氧和缺氧条件下游离Ce6和Ala-Ce@Ce6纳米颗粒加激光处理后4T1细胞的Calcein-AM（绿色）和PI（红色）染色。(e) 不同处理后细胞内¹O₂水平的流式细胞术数据。(f) 不同处理后SOSG染色的4T1细胞CLSM图像。
图5. Ala-Ce@Ce6纳米酶诱导4T1细胞铁死亡和凋亡： (a) 细胞铁死亡和凋亡机制示意图。(b) 不同处理后4T1细胞中相对GSH水平（n=3）。(c) 不同处理后4T1细胞中相对GPX4水平（n=3）。(d) 不同处理条件下GPX4蛋白表达的Western blot结果。(e) C11-BODIPY 581/591染色检测不同处理后4T1细胞的脂质过氧化水平。(f) 不同浓度Ferrostatin-1处理后Ala-Ce@Ce6+激光组4T1细胞的细胞活力（n=3）。(g) JC-1探针染色检测不同处理条件下4T1细胞的线粒体膜电位。(h) Annexin V-FITC/PI染色分析PBS、游离Ce6和Ala-Ce@Ce6在有无激光照射下的细胞凋亡。
图6. Ala-Ce@Ce6治疗的体内抗肿瘤疗效评估： (a) 动物治疗时间表。(b) 静脉注射游离Ce6和Ala-Ce@Ce6后不同时间点4T1荷瘤小鼠的荧光成像。(c) 肿瘤和主要器官的离体荧光图像。(d) 16天治疗期间不同治疗组的肿瘤体积和(e) 肿瘤重量（n=4）。(f) 16天治疗后切除的肿瘤图像（I: PBS(-), II: PBS(+), III: Free Ce6(-), IV: Ala-Ce@Ce6(-), V: Free Ce6(+), VI: Ala-Ce@Ce6(+)）。(g) 肿瘤切片H&E染色和TUNEL检测的组织学分析。(h) 不同治疗后HIF-1α和(i) GPX4表达的免疫荧光染色评估。
结论
本研究成功构建了一种基于氨基酸-金属配位超分子自组装的Ala-Ce@Ce6杂化纳米酶。该纳米酶利用天然L-丙氨酸与铈离子形成簇合物，再与光敏剂Ce6通过多重非共价相互作用自组装，实现了光敏剂的高效递送和肿瘤靶向富集。Ala-Ce@Ce6中Ce(IV)/Ce(III)混合价态赋予其类过氧化氢酶活性，可将肿瘤内源性H₂O₂催化分解为O₂，有效缓解缺氧并下调HIF-1α表达；同时消耗GSH，下调GPX4诱导铁死亡；Ce6在660 nm激光照射下高效产生¹O₂，触发细胞凋亡。体内外实验证实，Ala-Ce@Ce6联合激光治疗在4T1乳腺癌模型中实现了显著的肿瘤抑制，同时诱导铁死亡和凋亡双重细胞死亡途径。该纳米酶具有良好的水分散性、稳定性和生物安全性，为克服肿瘤缺氧限制、增强光动力治疗疗效提供了新策略。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124338