活菌反应器通过半胱氨酸消耗和光热疗法有效激活肿瘤免疫原性铁死亡

Living bacterial reactor potently activates tumor immunogenic ferroptosis via cysteine depletion and photothermal therapy.

作者信息Mengen Guo, Wenjie Xu, Yanjin Peng, Yucheng Tang, Xinyan Hao, Tiantian Tang, Xinying Liu, Hai Huang, Ruyue Han, Junyong Wu, Daxiong Xiang
PMID41704298
发布时间2026-02-01
DOI10.1016/j.mtbio.2026.102843

实验完整度

包含体外细胞实验、体内荷瘤小鼠模型及免疫细胞分析等多个独立证据层级,并进行了机制验证和功能验证。

主要模型

4T1小鼠乳腺癌细胞 BALB/c小鼠原位4T1肿瘤模型 293T细胞

重点核对

细菌浓度:1×10^6 CFU/mL 激光条件:808 nm,1 W/cm^2,5分钟 给药方式:尾静脉注射,100 μL,每3天一次 样本量:体外n=3,体内疗效n=5 对照组设置:PBS、PBs+NIR、A-SO、A-SPB、A-SPB+NIR

摘要

细菌联合疗法为治疗侵袭性“冷”实体瘤(如三阴性乳腺癌,TNBC)提供了巨大前景。然而,传统基因工程因操作复杂和遗传不稳定性而常常阻碍其临床转化。在此,我们开发了A-SPB——一种基于Shewanella oneidensis MR-1(SO)的非基因工程多功能活体生物反应器,其表面修饰有普鲁士蓝(PB)纳米颗粒,并通过脱氧胆酸(DA)处理减毒。该平台作为原位代谢工厂,“劫持”缺氧肿瘤微环境中的硫代谢。通过主动消耗半胱氨酸,A-SPB不仅使谷胱甘肽(GSH)合成途径饥饿,还产生硫化氢(H2S)抑制转硫旁路,导致GSH/GPX4抗氧化轴的雙重崩溃,并触发强烈的肿瘤铁死亡。这种代谢敏化进一步被PB介导的光热疗法(PTT)放大,产生局部高热和过量的活性氧(ROS)。值得注意的是,PTT作为一种双功能“生物开关”:它促进急性肿瘤消融,同时触发细菌自溶以确保生物安全性。这种程序性裂解释放细菌PAMPs和肿瘤来源DAMPs的协同混合物,有效重塑免疫抑制性TME,并启动强效的全身抗肿瘤免疫应答。通过整合代谢重编程、敏化铁死亡和按需免疫激活(通过简单的表面工程),本研究为下一代活体细菌疗法提供了一个高度可转化和安全的新范例。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何利用非基因工程活菌通过代谢干扰和光热协同效应,有效治疗三阴性乳腺癌并激活抗肿瘤免疫?
核心机制
A-SPB通过消耗半胱氨酸并产生H2S,双重阻断GSH合成途径,降低GPX4表达,诱导铁死亡;PTT产生ROS和热疗,进一步增强铁死亡,并触发免疫原性细胞死亡和免疫重塑。
主要证据
体外实验显示A-SPB+NIR显著抑制4T1细胞活力(82.16%凋亡率),降低GSH(90%)和GPX4(50%)水平,增加ROS、Fe2+和LPO;体内实验显示肿瘤抑制率91.7%,60天生存率80%,并促进DC成熟和T细胞浸润。
研究意义
该研究提供了一种安全、有效且易于转化的活菌治疗平台,避免复杂基因工程,为临床转化和工业化生产提供新范式。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

A-SPB的构建与表征

合成并验证A-SPB复合物的物理化学特性及细菌活性。

利用SO的矿化能力原位生成PB纳米颗粒,通过DA减毒处理制备A-SPB;使用TEM、元素mapping、粒径和Zeta电位表征,并检测细菌活性。

2

体外细胞毒性评估

评估A-SPB单药及联合NIR对4T1肿瘤细胞的杀伤效果。

将4T1细胞与不同处理共培养,采用CCK-8、活死染色和流式细胞术评估细胞活力。

3

铁死亡机制验证

验证A-SPB通过代谢干预和PTT诱导铁死亡。

检测GSH、ROS、Fe2+、LPO、MDA和GPX4表达,并使用Fer-1进行功能挽救实验。

4

体外免疫激活评估

评估A-SPB诱导的ICD和DC成熟。

检测CRT暴露、HMGB1释放、ATP分泌,并利用BMDC共培养模型分析DC成熟。

5

体内生物分布与肿瘤靶向

验证A-SPB在体内的肿瘤富集能力。

通过CFU计数和DiR荧光成像分析A-SPB在主要器官和肿瘤中的分布。

6

体内抗肿瘤疗效评估

评估A-SPB联合NIR对4T1肿瘤生长的抑制效果。

建立原位4T1肿瘤模型,随机分组治疗,监测肿瘤体积、体重、生存率,并进行H&E、TUNEL、IHC分析。

7

体内免疫应答评估

评估A-SPB联合NIR对肿瘤微环境免疫细胞的影响。

流式细胞术分析肿瘤和TDLN中DC、T细胞、巨噬细胞亚群。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
柠檬酸铁AladdinI303144
氯化亚铁AladdinI433954
半胱氨酸SolarbioC0012
氯化钠SolarbioS8210
还原型GSH检测试剂盒SolarbioBC1175
乳酸钠MacklinS817880
脱氧胆酸MedChemExpressHY-N0593
TSB培养基Hangzhou Microbial Reagent Co., LTD--
RPMI 1640培养基Procell Co., LTD--
胎牛血清VazymeF101-01
青霉素-链霉素溶液NCM BiotechC100C5
庆大霉素MeilunBioMA0322
CCK-8Yeasen40203ES80
DiR染料Yeasen40757ES25
ROS检测试剂盒Yeasen50101ES01
FerroOrange染色试剂盒MKBioMX4559-24UG
抗GPX4抗体Thermo FisherMA5-32827
BV510可固定活性染料510BD Pharmingen564406
抗CD16/32单克隆抗体BD Pharmingen553141
APC-eF780抗CD45抗体BD Pharmingen557659
BV650抗CD3抗体BD Pharmingen553061
APC抗CD11c抗体BD Pharmingen227166
eFluor450抗CD11b抗体BD Pharmingen564454
BV711抗CD206抗体BD Pharmingen550889
Percp-eF710抗IA/IE抗体BD Pharmingen746197
PE-Cy7抗CD86抗体BD Pharmingen25-0862-82
FITC抗CD80抗体BD Pharmingen12-0801-80
PerCP-Cy5.5抗CD4抗体BD Pharmingen550954
BV421抗Foxp3抗体BD Pharmingen566881
AF-700抗CD8抗体BD Pharmingen552877

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
A-SPB的构建
SO浓度、铁氰化钾和柠檬酸铁浓度、反应时间、DA浓度和EDTA浓度
阅读提示:Materials and Methods, section 2.3 and 2.4
体外细胞实验
4T1细胞密度、细菌浓度(1×10^6 CFU/mL)、激光参数(808 nm, 1 W/cm^2, 5分钟)、孵育时间
阅读提示:Materials and Methods, sections 2.8–2.14
体内疗效实验
小鼠品系和年龄、肿瘤细胞接种数量(2×10^5)、给药剂量(100 μL, 1×10^6 CFU/mL)、治疗间隔(每3天一次)、激光参数
阅读提示:Materials and Methods, section 2.16
免疫分析
抗体panel、组织处理流程、流式细胞仪设置
阅读提示:Materials and Methods, section 2.17