K8·凯发(中国)

针对上述问题，临港实验室郎天群研究员团队设计并构建了一种铋基双光热响应纳米材料（Bi2S3@Bi2Se3@Se-PEG，BSSP），该平台集成了双S型异质结与热释电效应，不仅显著放大了ROS产率与光热转换效率，更实现了一次光照射下铁死亡与泛凋亡的同步激活，为基于无机半导体材料的肿瘤免疫治疗给予了全新的机制范式。该文章于2026年5月29日以《Photothermal Sensitive Nano Heterojunction Triggering Ferroptosis and PANoptosis for Improving Tumor Immunotherapy》为题发表于《Advanced Materials》（DOI：10.1002/adma.73503）。

方案1. 光疗介导BSSP介导的全凋亡和铁死亡的机制，用于免疫重塑和全身免疫治疗。

（1）Bi₂S₃@Bi₂Se₃@Se‑PEG（BSSP）的合成与表征

以介孔球形BiF₃前驱体（250.30 nm）经S²⁻、Se²⁻陆续在置换并PEG包覆制备BSSP：BS粒径降至239.70 nm，源于阴离子交换电荷失衡致晶格畸变与弱酸轻度刻蚀；BSS呈纳米花结构并降至163.50 nm，与非晶Bi₂Se₃生成及Kirkendall不对称扩散引发原晶格坍塌相关。XPS显示Bi主要形成Bi─S/Bi─Se键，Se 3d含0/−2价态；XRD检出Bi₂S₃（ICSD#171570）与元素Se（ICSD#22251），证实BSS由结晶Bi₂S₃、元素Se和非晶Bi₂Se₃构成。HRTEM标定Bi₂S₃（202）（200）、Se（100）（10‑1）晶面并观察到非晶区及相界面，EDS显示Bi/S/Se均匀分布。精修表明Bi、S与Bi₂S₃一致、Se与元素Se对齐；Bi(1）位及三个S位占据增加、Bi(2）位降低，Bi(1）热振动参数显著降低，对应催化、光热与光电性质增强。DLS/Zeta证实BSS合成及PEG偶联，TEM显示BSSP粒径172.0 nm且稳定，UV–vis证明BSS生成且PEG包覆不扰动光谱。

图1. 材料的结构与表征。a) BSSP、BSP和SeP的合成路线。b) BSS的TEM图像，比例尺：200 nm。c,d) BSS中c) Bi和d) Se的XPS谱。e) BSS的XRD图谱。f) BSS的高分辨TEM图像。g) BSS的EDS元素分布 mapping。h) BSS的晶体结构。i) BSS中各组成原子相对Bi₂S₃和Se参考的位点占据分数。j) BSS中各组成原子与Bi₂S₃和Se参考相比的热振动因子。k) 不同材料的Zeta电位。l) BSSP的TEM图像，比例尺：100 nm。m) TEM分析所得BSSP粒径分布直方图（172.0 nm）。n) 材料的UV–vis吸收光谱。

（2）BSSP的光动力活性、光热性能与催化机制

BSSP在730 nm吸光度随浓度线性增加；非晶相与界面构筑使其光热较BSP高11.29 °C。730 nm、1.0 W cm⁻²下，100 μg mL⁻¹ BSSP 10 min升温32.19 °C，光热转换效率32.99%，5次循环损失<5%。pH≈6.5/GSH 2 mm体系中，GSH耗空穴抑复合并协同增强光热与ROS；pH 6.5+GSH较H₂O组再升4.36 °C、ROS增强61.58%。ROS具浓度/功率依赖，ESR证实O₂·⁻、¹O₂、·OH共存。无激光时温差即可驱动热释电催化降解DPBF：10 °C 5 min降至94.12%（较BSP快3.98%），20 °C降至82.22%（较10 °C改善11.30%），且随热循环持续。BS呈n型、Se呈p型，BSS双极脉冲热释电响应更强；EIS表明异质结降阻促传输。能带与内建电场形成双S型路径：Se导带电子转移至Bi₂S₃/Bi₂Se₃价带，保留还原性电子与氧化性空穴，GSH耗空穴进一步抑复合，Seebeck与Se光/热敏性协同提升载流子迁移与ROS生成。

图2. BSSP的光动力活性、光热性能与催化机制。a) 各材料的光热温度–时间曲线。b) 不同处理条件下对应的红外热成像图。c) BSSP陆续在五次开/关照射循环的光热稳定性。d) 激光照射下不同处理条件介导的NBT降解。e) 入射激光功率对BSSP降解DPBF的影响。f–h) 730 nm激光激发下BSSP产生的f) O₂·⁻、g) ¹O₂和h) ·OH的ESR检测。i) 控温梯度下730 nm照射BSSP对DPBF的降解（箭头示吸收下降）。j) 固定10 °C温差下BSSP对DPBF降解的循环稳定性（UV–vis监测，箭头示吸收下降）。k) 各材料的光电流响应（左上插图为Se光电流瞬态放大）。l) BSS单个光电流周期的放大曲线（I–IV为四个特征相）。m) 不同样品的电化学阻抗谱（EIS）。n) BS和Se的固态UV–vis漫反射光谱。o) BS和Se的Mott–Schottky图。p) BSSP的能带结构及其光/热电催化机制示意图。

（3）BSSP的体外细胞治疗

4T1细胞随孵育时间延长胞内荧光增强，表明BSSP可有效内化；避光下各材料细胞活力均>85%。1.0 W cm⁻²时BSSP IC₅₀为61.59 μg mL⁻¹，后续采用75 μg mL⁻¹。150 μg mL⁻¹时BSSP+光照将活力降至10.01%，低于理论联合（BSP+SeP，27.65%）17.64%；扣除ROS与单纯PTT后，单独PDT/PTT分别抑制65.20%/39.65%，理论联合存活率20.83%仍高于BSSP+L 10.82%，且晚期凋亡约82.20%。机制上，BSSP+L激活caspase 8、ZBP1、RIPK3并促进PANoptosome装配；诱导caspase 8依赖外源凋亡（pro-caspase 8降至60.76%，cleaved caspase 3/7累积，Z-VAD-FMK挽救）、caspase 1/GSDMD-N焦亡（pro-caspase 1降61.55%，GSDMD-N增1.49倍，IL-1β升高，Belnacasan抑制，GSDME-N不变）、p-MLKL增1.60倍的坏死性凋亡（Necrosulfonamide挽救），并伴GPX4受抑、Fe²⁺/LPO升高、GSH下降的铁死亡（Ferrostatin-1缓解）；四抑制剂联用使死亡率降低48.34%。BSSP同时抑制克隆形成并将划痕闭合率限制在47.93%。ICD仅在BSSP+L后出现：CRT暴露增加、胞内HMGB1降低、ATP升高；BMDC成熟增强（MHC-I、CD80/CD86、TNF-α、IFN-γ、IL-12上调，吞噬FITC-dextran下降），形成直接杀伤与免疫原性协同的抗肿瘤模式。

图3. BSSP的体外疗效。a) 4T1细胞摄取BSSP‑IR780的荧光图像，比例尺：50 μm。b,c) 各种处理后4T1细胞的相对活力。d) 4T1细胞的ROS水平与活/死细胞染色；ROS比例尺：100 μm，活/死比例尺：50 μm。e) 4T1细胞的流式凋亡分析。f,g) f) 细胞凋亡相关因子和g) 焦亡/坏死相关因子的Western blot。h,i) h) 焦亡（气泡形成）与i) 坏死（膜破裂）显微图像，比例尺：20 μm。j) 4T1细胞中GPX4的Western blot。k) 4T1细胞内GSH水平。l) 克隆形成实验。m) 克隆形成面积定量。n,o) 细胞划痕实验：n) 0与24 h图像，o) 迁移率。p) CRT与HMGB1荧光染色，比例尺：100 μm。q) 4T1细胞内ATP水平。 

（4）BSSP的体内抗肿瘤治疗

BSSP安全性良好：最高浓度溶血率仅1.80%，静脉给药14 d后血液学指标均在生理范围，主要器官H&E无病理损伤或炎症浸润；ICP-MS显示其经肝、脾、肾逐步清除，肿瘤内金属离子24 h达峰，BSSP-IR780亦呈24 h肿瘤荧光最强、肝肾信号下降及48 h肺信号减弱，据此确定24 h治疗窗口并证实肿瘤靶向与可代谢性。4T1荷瘤小鼠设对照、仅激光、BSSP、BSP+激光、SeP+激光、BSSP+激光六组；前三组抑瘤甚微，BSP+激光与SeP+激光仅轻度抑制，BSSP+激光显著抑瘤，TIR达76.11%，治疗期体重无明显波动。该组H&E见肿瘤细胞广泛核变形、膜破裂等凋亡/坏死特征，Ki67阳性细胞密度下降62.62%，TUNEL阳性率显著升高，瘤内ROS最高；ROS升高促使HSP90分解并降低热耐受。第14天全肺H&E显示BSSP+激光肺转移结节1.67个，较对照减少90.91%，提示PDT/PTT协同可能经激活宿主免疫系统抑制肺转移灶形成。

图4. BSSP在BALB/c乳腺癌小鼠模型中的体内抗肿瘤效应。a) 治疗方案。b) 注射BSSP‑IR780后小鼠体内成像。c) 各治疗组的个体肿瘤生长曲线。d) 随时间变化的平均肿瘤体积。e) 治疗后14天的代表性肿瘤。f) 平均肿瘤重量。g) 肿瘤组织组织学切片染色；H&E和Ki67比例尺：50 μm，TUNEL、DHE和HSP70比例尺：20 μm。h–k) 肿瘤切片中Ki‑67 h)、TUNEL i)、DHE j)和HSP70 k)荧光染色定量。l) 肺组织H&E染色切片，比例尺：2 mm。m) 肺组织转移性肿瘤细胞定量。分组：G1（对照）、G2（仅激光）、G3（BSSP）、G4（BSP+激光）、G5（SeP+激光）、G6（BSSP+激光）。

（5）肿瘤内免疫激活

原发瘤位检测证实：BSSP+L组颗粒酶B显著高于对照，IL‑1β经ELISA升高，免疫荧光TNF‑β显著升高，提示PANoptosis多通路激活；4‑HNE荧光增强而GPX4显著下调，符合抑制GPX4、LPO累积并触发铁死亡。CRT/HMGB1与细胞ICD特征一致：瘤细胞表面CRT暴露增加、核内HMGB1降低。免疫上，肿瘤、脾、淋巴结CD8+ T细胞比例分别升至29.70%、52.60%、63.00%，CD4+ T各组无明显差异；成熟DC比例分别达46.90%、52.50%、32.00%，均显著高于其他组。ITM重塑显示，Treg在三器官分别降低49.30%、23.40%、20.50%，CD8+/Treg比值分别升高9.64、2.00、2.53倍；肿瘤与脾M1/M2比值分别升高9.00、3.70倍，MDSC浸润分别下降12.90%、11.26%。空间免疫荧光中CD8+信号较对照增强5.85倍，Foxp3显著降低。上述结果支持BSSP经“PANoptosis–铁死亡–ICD”三重机制将ITM逆转为免疫激活态，实现全身抗肿瘤免疫。

图5. 多模态疗效与免疫重塑的系统评估。a,c,d,f) 肿瘤组织中a)颗粒酶B（比例尺：20 μm）、c)TNF‑β（比例尺：50 μm）、d)4‑HNE（比例尺：20 μm）和f)CRT/HMGB1（比例尺：20 μm）的免疫荧光染色。b,e) 肿瘤中b)IL‑1β和e)GPX4的ELISA定量。g) 肿瘤中T细胞的流式细胞术图。h,i) CD3+群体中h)CD8+与i)CD4+ T细胞比例。j) DC的流式图。k) CD11c+树突状细胞中CD80+/CD86+共表达比例。l) Tregs流式图。m) CD4+细胞中Foxp3+ Treg频率。n) CD8+/Treg比值。o) 巨噬细胞流式图。p) M1/M2极化指数。q) 肿瘤切片中CD8+ T细胞（黄）与Tregs（红）的空间免疫荧光映射，比例尺：50 μm。r,s) r)CD8+与s)Treg信号的定量强度分析。t) BSSP介导双模态光疗的机制示意图。

（6）全身抗肿瘤免疫（远端/远隔效应）

双侧4T1乳腺肿瘤模型中，治疗期小鼠体重无显著波动；仅激光、BSSP单独及BSP+激光均不能抑制原发瘤，SeP+激光虽一定程度抑制原发瘤，但其对对侧肿瘤疗效弱于BSSP+L。远端肿瘤免疫浸润分析显示，BSSP+L组活化CD8+ T细胞比例较对照升高8.45%，CD4+ T无显著差异，Treg显著降低33.40%，CD8+/Treg比值升高4.45倍；成熟DC比例高于对照且数量较对照增加13.20%；M1巨噬细胞增多、M2减少，M1/M2比值升高，巨噬细胞介导的ITM被逆转；远端MDSC亦受抑。远端肿瘤IFN-γ免疫荧光显著升高，表明该组免疫细胞具备强激活与成熟能力。综上，BSSP光疗有效逆转ITM、协同激活全身抗肿瘤免疫，实现原发与转移灶双重清除。

图6. 双侧肿瘤模型中全身抗肿瘤疗效与免疫调节远隔效应。a) 双侧肿瘤植入示意图。b,c) b)原发与c)远处肿瘤的体积变化。d,e) 第14天d)原发与e)远处肿瘤的肿瘤重量。f,g) f)原发与g)远处肿瘤的代表性图像。h,i) 远处肿瘤T细胞流式图及i)CD3+群体中CD8+ T细胞比例。j,k) 远处肿瘤Tregs流式图及k)CD8+/Tregs比值。l,m) 远处肿瘤DC流式图及m)CD11c+群体中CD80+/CD86+比例。n,o) 远处肿瘤巨噬细胞流式图及o)M1/M2比值。p) 远处肿瘤IFN‑γ的免疫荧光染色，比例尺：50 μm。

（7）基因组测序分析

mRNA测序共鉴定294个差异表达基因（230个上调、64个下调）。关键基因变化与抑增殖、阻迁移及免疫调节相关：Arl4c、Adam28、Palld显著下调，提示ECM重塑、血管生成及侵袭转移受抑；Ccl19、Cxcl10、Ccr7、Icos、Slamf1/7、Cd226上调，增强DC与CD8+ T细胞趋化并诱导肿瘤“冷转热”，其中Slamf7上调进一步促进DC成熟与T细胞募集，共同逆转ITM。GO富集于免疫细胞受体、免疫反应激活与程序性细胞死亡；KEGG涉及免疫细胞分化、炎症调控、基质重构与细胞迁移；Reactome显示FCERI信号经MAPK级联与NF-κB双通路放大炎症介质释放，R-MMU-198933及趋化因子受体结合募集效应细胞。GSEA证实CTL通路上调（CTL数量、活性与细胞毒功能增强并加速肿瘤清除），适应性免疫系统显著上调，RhoC GTPase循环下调再次印证迁移受抑。基因组证据表明，BSSP光热–光动力协同治疗顺利获得激活PANoptosis与铁死亡、触发ICD、重塑ITM并抑制转移，实现高效持久的抗肿瘤疗效。

图7. 协同治疗机制的转录组解析。a) 4T1肿瘤RNA测序（RNA‑seq）的实验设计。b) BSSP+L与对照组间重叠DEG的Venn图（294个DEG：230个上调，64个下调）。c) 不同治疗方案下原发肿瘤DEG的层次聚类热图。d) BSSP+L处理肿瘤的GO富集分析。e) BSSP+L中富集通路的KEGG气泡图。f) BSSP光疗后的Reactome富集分析。g–i) g)CTL通路、h)适应性免疫系统、i)RhoC GTPase循环的GSEA富集分析。