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针对上述问题，华中科技大学同济医学院附属协和医院蔡开琳与新加坡国立大学的联合研究团队合作提出顺利获得构建了一种基于铁基单原子纳米酶（Fe-SAE）的智能递送系统Linco@Fe-zyme，利用整合林可霉素的靶向抗菌功能与纳米酶的催化活性，实现"菌群调控-铁死亡诱导-免疫激活"的多模式协同治疗。该系统可将抗生素精准递送至肿瘤微环境，选择性清除抑制铁死亡的P. anaerobius，解除其对铁死亡的代谢抑制；同时Fe-SAE的类过氧化物酶（POD）活性可催化产生活性氧（ROS），与抗菌效应协同增强脂质过氧化，强制驱动CRC细胞发生铁死亡。铁死亡肿瘤细胞进一步释放损伤相关分子模式（DAMPs），触发免疫原性细胞死亡（ICD），促进树突状细胞成熟和T细胞活化，重塑抗肿瘤免疫应答。该研究不仅提出了一种治疗结直肠癌的新方法，而且为未来开发以微生物群为靶点的抗癌疗法给予了科学依据。该文章于2026年1月12日以《Targeting Peptostreptococcus anaerobius with an Iron-Based Nanozyme Reverses Ferroptosis Resistance and Enhances Antitumor Immunity in Colorectal Cancer》为题发表于《Advanced Science》（DOI: 10.1002/advs.202516272）。

研究示意图

（1）P. anaerobius富集于结直肠癌并抑制铁死亡

为探究肠道菌群在结直癌（CRC）中的作用，本研究对25例CRC患者的肿瘤及邻近正常组织进行16S rRNA测序，发现厌氧消化链球菌（P. anaerobius）在肿瘤组织中显著富集（图1A, B）。体内实验显示，P. anaerobius处理组小鼠肿瘤重量显著增加，体重无明显变化，提示其促进肿瘤进展（图1C）。Transwell侵袭和划痕实验表明，P. anaerobius显著增强LoVo细胞的侵袭、迁移与增殖能力（图1D-F）。机制上，P. anaerobius及其代谢物IDA顺利获得下调ACSL4、上调GPX4和FSP1表达抑制铁死亡，该作用可被AHR抑制剂SR1逆转（图1G-J）。进一步采用C11-BODIPY探针检测发现，P. anaerobius和IDA降低脂质过氧化水平，SR1处理可恢复该水平（图1K）。对4-HNE和MDA的检测结果一致（图1L, M），表明P. anaerobius及其代谢物IDA是CRC中重要的铁死亡抑制因子。后续研究将继续探讨阻断IDA信号通路对肿瘤细胞增殖与侵袭的抑制效应。

图1.P. anaerobius在结直肠癌中富集并顺利获得IDA抑制铁死亡促进肿瘤进展。（A）16S rRNA测序显示，CRC肿瘤组织中P. anaerobius丰度显著高于配对邻近正常组织；（B）配对样本定量分析进一步证实肿瘤组织中P. anaerobius富集（n=25，配对t检验）；（C）P. anaerobius处理加速小鼠肿瘤生长；（D-E）Transwell及伤口愈合实验表明，P. anaerobius增强CRC细胞迁移与侵袭能力；（F）CCK-8；（G）Western blot分析；（H-J）qPCR结果验证P. anaerobius和IDA对铁死亡的抑制作用及SR1的逆转效应；（K）C11-BODIPY荧光染色检测不同处理组脂质过氧化水平；（L）不同处理组中脂质过氧化产物4-HNE水平；（M）不同处理组中脂质过氧化产物MDA水平。

（2）筛选对P. anaerobius具有抗肿瘤活性的抗生素

在筛选剩余的三种抗生素中，林可霉素和替硝唑在最低测试浓度下表现出显著的杀菌活性，其存活菌落数显著低于左氧氟沙星（图2A）。体内实验进一步证实，与单纯感染P. anaerobius相比，林可霉素或替硝唑处理均显著抑制肿瘤生长，其中林可霉素的抑制作用更为显著（图2B-D）；各组小鼠体重无明显变化，提示抗生素处理未引起明显的系统性毒性（图2E）。免疫组织化学分析显示，林可霉素处理显著上调肿瘤组织中铁死亡促进因子ACSL4的表达，同时下调铁死亡抑制因子GPX4和FSP1的表达（图2F-I）。以上结果表明，林可霉素能有效清除肿瘤微环境中的P. anaerobius，解除其对铁死亡的抑制，从而促进CRC细胞铁死亡，最终抑制肿瘤进展。

图2.林可霉素顺利获得清除肿瘤组织中的P. anaerobius促进铁死亡。（A）三种最低抑菌浓度(MIC)值最低的抗生素的最低杀菌浓度(MBC)测定结果分析；（B）经P. anaerobius刺激后，用不同抗生素治疗的小鼠皮下肿瘤的宏观图像；（C）各治疗组小鼠的肿瘤生长曲线；（D）各组肿瘤质量的比较。（E）抗生素治疗两周内的体重变化；（F）肿瘤切片的免疫组化(IHC)；（G、H、I）ACSL4、FSP1和GPX4的IHC染色定量分析。

（3）Linco@Fe-zyme的合成及表征

扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察显示，该纳米酶呈球形，主粒径约110 nm，有利于其在肿瘤组织中的长期循环与滞留（图3A、B）。能量色散X射线光谱（EDS）元素分布图证实C、O、N和Fe元素在纳米颗粒中均匀分布（图3C）。利用亚埃分辨率像差校正高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（AC-HAADF-STEM）观察到离散亮点，分别对应孤立的Fe单原子与Fe原子团簇（分别以粉色和黄色圆圈标出），表明纳米酶中同时存在两类Fe活性中心（图3D）。粉末X射线衍射（XRD）图谱在25.6°和43.5°处出现两个主要衍射峰，分别归属于碳的(002)和(100)晶面，但未检测到明显的铁物种衍射特征（图3E）。SEM和TEM图像初步证实了介孔结构的存在，进一步的Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面积分析对孔隙特征进行了定量评估（图3F）。拉曼光谱结果显示纳米酶表面存在无定形碳结构（图3G）。以3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）为显色底物评估过氧化物酶（POD）活性，在所有测试浓度下均观察到652 nm处的特征吸收峰（图3H）。该反应呈明显pH依赖性，低pH条件下652 nm处吸收显著增强（图3I），表明在弱酸性肿瘤微环境（TME）中具有更高的活性氧生成效率。

图3.Linco@Fe-zyme 的表征。（A）Fe-zyme的SEM图像；（B）Fe-zyme的TEM图像；（C）Fe-zyme的EDS元素分布图；（D）AC-HAADF-STEM图像；（E）Fe-zyme 的XRD图谱；（F）Fe-zyme的N2吸收光谱；（G）Fe-zyme的拉曼光谱；（H）不同纳米酶浓度下 (pH=6) oxTMB的紫外-可见吸收光谱；（I）在不同pH值下，以TMB为显色底物，在652 nm处记录吸光度 (n= 3)，测定Fe-zyme的类过氧化物酶活性。

（4）Linco@Fe-zyme诱导铁死亡及抗肿瘤功效的体外评价

与P. anaerobius处理抑制铁死亡不同，Linco@Fe-zyme处理显著上调了铁死亡相关标志物的表达（图4A），qPCR分析进一步证实该组细胞呈现增强的铁死亡特征（图4B-D）。透射电镜观察到Linco@Fe-zyme处理组出现线粒体嵴塌陷、外膜浓缩等典型铁死亡形态学改变（图4E）。EdU掺入实验显示，该处理组DNA合成明显减少，细胞增殖能力受损，而铁死亡抑制剂可恢复其增殖能力（图4F、G）。CCK-8检测结果表明，Linco@Fe-zyme处理组LoVo细胞死亡率最高（图4H）。Annexin-V/PI流式细胞术分析显示，该处理后早期及晚期凋亡细胞数量均显著增加（图4I）。以上结果表明，相较于游离药物联合应用，Linco@Fe-zyme递送系统具有更强的铁死亡诱导能力及抗肿瘤效应。

图4.Linco@Fe-zyme 促进肿瘤细胞铁死亡，从而达到杀伤肿瘤的作用。（A）Western blot 分析七个处理组中铁死亡相关蛋白的表达；（B-D）qPCR结果验证相同处理组中CRC细胞铁死亡的诱导；（E）透射电镜分析PBS组、P. anaerobius 组和 Linco@Fe-zyme 组的LoVo细胞线粒体，比例尺：1 µm，右图比例尺 = 200 nm；（F）EdU检测比例尺 = 50 µm；（G）不同处理组中 EdU 的相对平均荧光强度 (MFI)；（H）CCK-8 检测评估细胞活力；（I）流式细胞术；I：PBS，II：P.a，III：P.a+ Linco，IV：P.a+ Fe-zyme，V：P.a+ Linco + Fe-zyme，VI：P.a+ Linco@Fe-zyme，VII：P.a+ Linco@Fe-zyme + Fer-1。

（5）Linco@Fe-zyme诱导树突状细胞成熟的体外验证

如图5A所示，经Linco@Fe-zyme处理的细胞表现出比其他组更强的CRT荧光信号。同时，细胞内HMGB1的减少提示细胞外释放增强（图5B），而图5C则展示了CRT和HMGB1荧光强度的定量分析。Western blot实验进一步证实了这些结果（图5D）。此外，与其它处理组相比，Linco@Fe-zyme组的细胞外ATP释放显著更高（图5E）。这些数据证实，Linco@Fe-zyme诱导的LoVo细胞铁死亡产生了大量的DAMP，从而给予了肿瘤相关抗原以增强抗肿瘤免疫。随后，顺利获得流式细胞术分析其CD11c、CD80和CD86的表达，以评估其成熟状态。结果显示，Linco@Fe-zyme组的BMDCs中CD80⁺和CD86⁺细胞的比例显著升高（图5F），表明成熟DC的数量更多。上述结果表明，经Linco@Fe-zyme处理的肿瘤细胞释放大量肿瘤相关抗原，这些抗原能够有效激活DC，增强抗肿瘤免疫反应。

图5.Linco@Fe-zyme 可增强肿瘤细胞铁死亡介导的肿瘤相关抗原释放，从而增强抗肿瘤免疫力。（A）不同处理后LoVo细胞内CRT的免疫荧光成像，比例尺：50 µm；（B）不同处理后LoVo细胞内HMGB1的免疫荧光成像，比例尺：50 µm；（C）LoVo细胞中CRT荧光强度的定量分析；（D）不同处理后LoVo细胞内HMGB1和CRT水平的蛋白质印迹分析；（E）不同处理后LoVo细胞释放的细胞外ATP的定量分析；（F）流式细胞术分析从C57BL/6小鼠分离的骨髓来源树突状细胞(BMDC)与不同处理的LoVo细胞共培养后CD80和CD86的表达。

（6）Linco@Fe-zyme诱导铁死亡和抗肿瘤功效的体内验证

进一步在荷瘤C57BL/6小鼠模型中评估了Linco@Fe-zyme的体内治疗效果。结果显示，Linco@Fe-zyme治疗组肿瘤体积最小，而P. anaerobius处理组肿瘤生长最为迅速（图6A）。肿瘤重量（图6B）及代表性肿瘤图像（图6C）进一步验证了Linco@Fe-zyme优异的抗肿瘤活性。生物安全性评估显示，治疗14天后，各组小鼠的血液学及生化指标均无显著差异（图6D、E），且体重在整个治疗周期内保持稳定（图6F），表明Linco@Fe-zyme具有良好的体内安全性，未引起明显毒性反应。肿瘤组织H&E及TUNEL染色结果显示，Linco@Fe-zyme组肿瘤细胞死亡率最高（图6G、I）。多重免疫荧光染色进一步表明，Linco@Fe-zyme处理显著上调ACSL4表达，下调GPX4及FSP1表达，提示铁死亡被有效激活；相反，P. anaerobius处理组肿瘤则表现出明显的铁死亡抵抗（图6H、J）。上述结果证实，Linco@Fe-zyme可有效诱导铁死亡，从而在体内发挥强大的抗肿瘤效应。

图6.Linco@Fe-zyme 的体内治疗效果评价。（A）五个治疗组的肿瘤生长曲线；（B）各组肿瘤重量比较；（C）代表性肿瘤照片；（D，E）血液生化和血液学参数；（F）治疗期间的体重变化；（G）肿瘤组织的TUNEL和H&E染色，比例尺：100 µm；（H）肿瘤组织中 GPX4、FSP1 和 ACSL4 的免疫荧光染色，比例尺：50 µm；（I）不同治疗组 TUNEL 染色的定量分析。（J-L）各治疗组中 ACSL4、FSP1 和 GPX4 表达的定量荧光分析。

为评估体内抗肿瘤免疫应答，顺利获得流式细胞术分析了不同治疗组小鼠脾脏中树突状细胞（DC）的成熟状态及T细胞活化水平。结果显示，Linco@Fe-zyme治疗组中成熟DC（CD11c⁺、CD80⁺、CD86⁺）的比例最高（图7A）。同时，该组脾脏中CD3⁺CD4⁺记忆性T细胞和CD3⁺CD8⁺效应性T细胞数量均显著高于其他处理组（图7B）。肿瘤组织内T细胞浸润分析显示，Linco@Fe-zyme治疗组中记忆性和效应性T细胞的浸润水平均显著增强（图7C），免疫荧光染色进一步证实了上述结果（图7D）。以上结果表明，Linco@Fe-zyme处理能够有效促进DC成熟并激活T细胞，从而增强机体抗肿瘤免疫应答。

图7.不同治疗组体内抗肿瘤免疫评估。（A）流式细胞术分析不同治疗后小鼠脾脏中成熟树突状细胞(DC，CD11c⁺CD80⁺CD86⁺)的数量；（B）流式细胞术分析不同治疗后小鼠脾脏中记忆性T细胞(CD3⁺CD4⁺)或效应性T细胞(CD3⁺CD8⁺)的数量；（C）流式细胞术分析不同治疗后肿瘤组织中记忆性T细胞(CD3⁺CD4⁺)或效应性T细胞(CD3⁺CD8⁺)的数量；（D）不同治疗后肿瘤组织的免疫荧光图像，分别用 DAPI 和抗 CD4 抗体或抗 CD8 抗体染色，比例尺：50 µm。

（7）微生物组学和代谢组学分析揭示了Linco@Fe-zyme逆转铁死亡的机制

Linco@Fe-zyme处理可显著重塑肿瘤微生物群落结构，使其趋近于健康PBS组。其中，P. anaerobius的相对丰度显著降低，且降低程度优于游离Linco或Fe-zyme单用组；同时，拟杆菌目、乳杆菌目等有益共生菌群的丰度得以恢复（图8A）。代谢组学分析显示，P. anaerobius暴露导致多种微生物代谢物水平升高（图8B），而Linco@Fe-zyme处理可显著降低这些代谢物的水平（图8D）。KEGG通路富集分析表明，受影响的代谢物主要富集于谷氨酰胺代谢通路（图8C）。进一步检测发现，P. anaerobius组中IDA水平显著升高，而Linco@Fe-zyme处理后IDA水平显著回落（图8E、F）。以上结果表明，Linco@Fe-zyme可有效清除抑制铁死亡的致病菌并降低IDA水平，从而恢复CRC细胞对铁死亡的敏感性。

图8.微生物群和代谢物分析。（A） 16S rRNA测序结果分析；（B）火山图比较PBS组和P. anaerobius组的微生物代谢物；（C） KEGG富集气泡图；（D）火山图；（E，F）各组IDA水平定量分析。