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针对上述问华中科技大学王芹教授团队提设计并构建了 FeS 纳米颗粒-SRB 生物杂化体（FeS@SRB），旨在提升肿瘤靶向能力并整合多模态治疗以增效减毒。如图 1A 所示，在 Fe²⁺ 存在下，SRB 作为“生物工厂”顺利获得一步生物矿化过程在其表面原位合成 FeS 纳米颗粒，FeS@SRB 杂化体兼具 SRB 的厌氧靶向性与 FeS 纳米颗粒的光热/化学动力活性。该工作不仅提出了一种由非致病菌驱动的缺氧靶向治疗策略，也为纳米治疗剂的绿色生物合成给予了新平台，有望实现高效肿瘤靶向递送、优异生物安全性与增强治疗效果的统一。该文章于2025年7月15日以《Living therapeutics of nonpathogenic bacteria as biosynthesis factory and active carriers for enhancing tumor-targeted therapy》为题发表于《Nature Communications》（DOI：10.1038/s41467-025-61675-4）。

图1. FeS@SRB的生物合成和抗肿瘤治疗示意图

（1）FeS @ SRB 纳米颗粒的合成

FeS@SRB 的形成机制如图 2A 所示：SRB 以乳酸为电子供体、SO₄²⁻为末端电子受体，经细胞色素 c 介导的电子传递生成 S²⁻，并与体系中的 Fe²⁺在酸性条件下于菌体表面原位生成 FeS 纳米颗粒。SEM-EDS 显示 FeS@SRB 同时含 C、N、O、Fe、S，且 FeS NPs 均匀分布于菌体表面（图 2B）。DLS 表明 FeS@SRB 的水合粒径大于单独 SRB（图 2C）。Zeta 电位测试 SRB 与 FeS@SRB 均呈负电（图 2D）。UV-vis-NIR 光谱显示 FeS@SRB 在 260 nm（核酸）和 410 nm（Cyt c₃）处出现强吸收，近红外区吸收增强（图 2E）。FTIR 证实 FeS 生成后 SRB 结构特征峰无明显变化，仅部分 EPS 基团峰强度降低（图 2F）。XRD 在 27.12°、31.55°、45.22°、56.36° 处出现正交晶系 FeS 的 (111)、(200)、(220)、(222) 晶面衍射峰（图 2G）。XPS 显示 Fe 2p 峰位于 710.9、712.4、724.7 eV，对应 Fe(III)-S、Fe(III)-O、Fe(II)-S；S 2p 峰位于 161.8、163.7、164.8、168.1 eV，对应 S²⁻、Sₙ²⁻、S⁰、SO₄²⁻（图 2H）。上述结果确认 SRB 表面成功原位合成具有混合价态的铁硫化合物，为 FeS@SRB 给予纳米酶活性基础。

图2 FeS@SRB表征。（A）. 成型过程示意图与机理解析。（B）.SEM-EDS元素分布图。比例尺：2.5 μm。（C）.室温下动态光散射粒径分布测量结果。（D）.Zeta电位测试数据。n = 3组独立样本。数据以均值±标准差表示。（E）.UV-vis-NIR吸收光谱。（F）.FTIR光谱。（G）.XRD衍射图谱。（H）. FeS@SRB中铁离子2p轨道、硫原子2p轨道XPS能谱

（2）FeS@SRB的光热和化学动力学协同效应

FeS@SRB 在 808 nm 激光照射下呈浓度依赖升温（图3A）；经历 5 次开-关循环后温升曲线基本重合（图 3B），首循环计算得光热转换效率 η = 33.9 %（图 3C）。pH 5.5 条件下 Fe²⁺ 释放量显著高于 pH 7.4（图 3D），提示酸性微环境触发离子释放。以亚甲基蓝为探针，FeS@SRB 引起 MB 降解，且在激光和酸性共同作用下降解率进一步提高（图 3D–F）；以 TMB 为底物时，TMB+H₂O₂+FeS@SRB（pH 5.5）组在 652 nm 处吸光度最高（图 3G、H），表明 •OH 大量生成；ESR 谱在 pH 5.5 与 NIR 照射条件下出现显著 •OH 特征信号（图 3I）。细胞实验显示，OD₆₀₀ = 0.2 的 SRB 对 HUVECs 和 L929 细胞存活率仍 >90 %（图 3J）；OD₆₀₀ = 0.1 的 FeS@SRB 在 pH 7.4 下已显著降低 4T1 和 B16F10 细胞存活率，降至 pH 5.5 后抑制进一步加剧（图 3K、L），再施加 808 nm 激光（1.5 W cm⁻²，10 min）后细胞活力几乎完全丧失，证实光热-化学动力协同杀伤效应。

图3 FeS@SRB光热-芬顿协同性能。（A）光热效应与浓度关系；（B）循环稳定性；（C）光热转换效率计算；（D–F）MB探针检测•OH生成量（pH 7.4、pH 5.5）；（G）TMB显色紫外-可见光谱及实物照片；（H）652 nm吸光度统计；（I）•OH的ESR谱；（J）HUVECs与L929细胞活力；（K）4T1及（L）B16F10细胞活力

（3）FeS@SRB + NIR的治疗机制分析

转录组学揭示FeS@SRB联合近红外光（NIR）对4T1乳腺癌细胞的杀伤机制。RNA-seq结果显示，与PBS对照相比，单独FeS@SRB处理产生2129个上调和1805个下调的差异基因，而FeS@SRB+NIR处理诱导1797个上调和1603个下调的差异基因（图4A）。聚类分析表明，FeS@SRB+NIR组的核心差异表达基因集中于代谢调控（Hmox1、Srxn1、Nqo1、Pgd、Ifitm6/3、Ccl5、IL1b、Tnf、Cd274、Irf7、Gstm1/2）、热休克应激（Hspa1a、Hspb1）及铁转运（Fth1、Acot1、Slc40a1、Slc7a11）（图4B），提示氧化应激破坏代谢稳态并激活热休克和铁死亡通路。GO富集显示，免疫相关功能（MHC蛋白复合物结合、Toll样受体结合、抗原呈递）及多条代谢途径（甘油磷脂、鞘脂、谷氨酰胺族氨基酸、谷胱甘肽代谢）显著富集（图4C）。KEGG进一步证实，FeS@SRB+NIR较FeS@SRB显著增强铁死亡、谷胱甘肽代谢和PPAR信号通路（图4D），并激活NF-κB、Toll样受体、p53及抗原加工呈递通路，提示免疫与应激网络全面动员。qPCR验证8个关键基因：FeS@SRB上调热休克蛋白HSP70/90（Hspa1a/Hsp90aa1）（图4E）；NIR照射后细胞内GSH下降、GPX4活性受抑（图4F），CAT表达降低（图4G）；氧化应激触发p53（Trp53）（图4H）与NF-κB（Nfkb1）（图4I）信号，有助于铁死亡标志基因ACSL4（Acsl4）（图4J）和GADD45（Gadd45a）（图4K）上调。综上，FeS@SRB+NIR顺利获得光热-化学动力协同作用，激活氧化应激、铁死亡及热应激通路，实现高效抗肿瘤效应。

图4 FeS@SRB+NIR转录组分析。（A）差异基因火山图；（B）差异基因聚类热图；（C）GO富集；（D）KEGG富集；（E–K）Hspa1a/Hsp90aa1、Gpx4、Cat、Trp53、Nfkb1、Acsl4、Gadd45a 的mRNA相对表达量（G1 PBS，G2 FeS@SRB，G3 FeS@SRB+NIR）

（4）FeS@SRB的缺氧趋化性、深穿透性和肿瘤靶向性

为验证 FeS@SRB 的缺氧靶向协同光热治疗效果，顺利获得跨孔实验评估其缺氧趋化性。如图 5A 所示，将一定量的 FITC 标记的 FeS@SRB 置于上层孔室，下层孔室则顺利获得葡萄糖/葡萄糖氧化酶/过氧化氢酶体系模拟缺氧微环境。实验结果显示，随着时间推移，上层孔室的荧光强度逐渐减弱，而下层孔室的荧光强度显著增强（图 5B）。进一步的半定量分析表明，FeS@SRB 的迁移与孵育时间呈正相关，即孵育时间越长，迁移量越大。特别是在孵育 45 分钟后，上层孔室的荧光强度仅剩 19.2%，而下层孔室的荧光强度显著提升至 80%（图 5C），这直观地展示了 FeS@SRB 优异的缺氧趋化性。此外，还评估了 FeS@SRB 在 3D 肿瘤球体模型中的肿瘤穿透能力。为更真实地反映肿瘤的异质性和结构复杂性，分别构建了 4T1 细胞和 B16F10 细胞来源的 3D 肿瘤球体。经过 24 小时共孵育，FITC 标记的 FeS@SRB 与 4T1 细胞来源的 3D 肿瘤球体共孵育后，荧光强度随扫描深度先升高后降低，在扫描深度为 30 微米时，绿色荧光信号最强（图 5D、E）。类似地，在 B16F10 细胞来源的 3D 肿瘤球体内部也观察到较强的绿色荧光信号（图 5F、G），这表明 FeS@SRB 能够深入肿瘤内部。综上所述，作为一种绿色、高效、生物相容的策略，原位生物合成能够实现高效、安全的纳米颗粒-细菌杂化体，用于肿瘤靶向治疗。

图5 FeS@SRB缺氧趋化。（A）转孔系统示意；（B）不同时间上下室荧光图像（标尺50 μm）；（C）FI比值；（D–G）FITC-FeS@SRB与4T1及B16F10 3D球体共孵育24 h的共聚焦及三维图像（标尺200 μm）

为了在体内验证 SRB 的肿瘤趋化性，利用成像技术比较了 SRB 和 FeS@SRB 与传统化学合成的 FeS@BSA 的肿瘤靶向递送效率。构建了 4T1 细胞来源的皮下肿瘤小鼠模型，并分别顺利获得尾静脉注射 IR780 标记的 SRB 和 FeS@SRB。结果表明，SRB 和 FeS@SRB 在尾静脉注射后均能逐渐靶向至肿瘤部位（图 6A、B）。在注射后 36 小时，两组的递送效率均超过 50.5%，这一结果是顺利获得比较尾静脉注射与瘤内注射相同样本量后的荧光强度比值计算得出的。这一结果证实了原位合成的 FeS 纳米颗粒保留了 SRB 的活性和缺氧靶向能力。相比之下，FeS@BSA 在尾静脉注射后的递送效率仅为 2.9%，这可能是由于其受到多种生理屏障的限制。顺利获得平板菌落计数法评估 FeS@SRB 在体内 60 小时后的生物分布，结果显示肿瘤组织中细菌菌落密集，肝脏和肾脏中菌落较少，而在其他主要器官中仅偶尔发现菌落（图 6C、D）。革兰氏染色实验也得到了类似的结果（图 6E），进一步证实了 FeS@SRB 优异的肿瘤靶向和定植能力。

图6 FeS@SRB体内肿瘤趋化。（A）静脉注射IR780-SRB、FeS@BSA、FeS@SRB后不同时间点的活体荧光图像；（B）36 h肿瘤靶向效率统计；（C、D）60 h后平板计数评估FeS@SRB生物分布；（E）48 h后革兰氏染色显示器官及肿瘤内细菌分布（蓝色圆圈示菌落）

（5）FeS@SRB的生物安全性

图3J中已证实SRB的细胞相容性。为评估SRB在体内治疗的可行性，研究人员将其静脉注射至正常小鼠体内。与未接受任何治疗的小鼠相比，静脉注射SRB 12小时后，小鼠血清中的IL-1β水平未见明显变化，而包括IL-6、TNF-α和iNOS在内的部分炎症因子浓度略有上升（维持在pg水平）（图7A-D）。然而，这些因子的水平在1天后恢复至正常值。上述结果表明SRB未引发病理反应。培养皿包被实验显示，SRB在第4天即从主要器官中逐渐清除（图7E)。在40天观察期内，白细胞计数（WBC）、红细胞（RBC）、血小板计数（PLT）（图7F)、肝功能指标如丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、乳酸脱氢酶（LDH）（图7G)，以及肾功能指标如血尿素氮（BUN）和肌酐（CREA）（图7H)等关键生理指标均保持在正常范围内。SRB处理组小鼠体重稳步增长（图7I)。顺利获得苏木精-伊红（H&E）染色对SRB处理小鼠不同时间点（1、7、14、28和40天）主要器官组织进行的组织病理学分析显示，主要器官未出现组织损伤和慢性炎症（图7J)。这些结果有力证明SRB并未引发免疫逃逸、慢性炎症或组织损伤，有效缓解了基于SRB的细菌疗法生物安全性方面的担忧。因此，SRB作为肿瘤靶向治疗的纳米载体展现出广阔前景。

图7 SRB体内安全性。（A–D）静脉注射SRB后血清IL-1β、IL-6、TNF-α、iNOS动态；（E）第1、4、7天器官菌落分布示意；（F）血常规；（G）肝功能；（H）肾功能；（I）体重曲线；（J）第1、7、40天主要器官H&E染色（标尺200 μm）

（6）FeS@SRB在体内NIR激光照射下有效靶向肿瘤组织，抑制皮下4T1肿瘤生长

在4T1皮下荷瘤小鼠模型中，尾静脉注射后48 h以808 nm、1.5 W cm⁻²激光照射肿瘤5 min（图8A）。实时热成像显示，PBS与SRB组肿瘤温度几乎无变化，FeS@SRB组则迅速升至55 °C（图8B、C），验证其高效光热转换能力。治疗14 d内，PBS及SRB组肿瘤体积持续增大；FeS@SRB组初期受抑，7 d后复又快速增长；FeS@SRB+NIR组肿瘤逐渐缩小，部分完全消失（图8D–F）。H&E切片可见对照组大量蓝染肿瘤细胞核，FeS@SRB+NIR组肿瘤细胞显著减少（图8G、H）。TUNEL/Ki67双标显示，该组绿色凋亡信号最强、红色增殖信号最弱，提示凋亡最大化、增殖最小化。DHE染色进一步揭示，PBS与SRB组几乎无ROS（红色荧光），FeS@SRB组于48 h产生大量ROS，FeS@SRB+NIR组至14 d仍保留少量ROS（图8I、J），说明近红外照射持续增强•OH生成。上述结果证实FeS@SRB+NIR顺利获得光热-化学动力协同机制实现肿瘤高效消融。

图8 FeS@SRB 抗 4T1 荷瘤疗效。（A）治疗流程；（B）红外热像及（C）温度曲线；（F）肿瘤生长曲线；（E）第 14 天肿瘤照片及（F）重量；（G）第 14 天肿瘤 H&E、TUNEL、Ki67 图像（标尺 200 μm）；（H）TUNEL 与 Ki67 平均荧光强度定量；（I）肿瘤切片 ROS 图像及（J）对应 MFI（标尺 500 μm）。G1 PBS；G2 SRB；G3 FeS@SRB；G4 FeS@SRB+NIR

（7）FeS@SRB对B16F10肿瘤的强抗癌活性

在B16F10皮下黑色素瘤小鼠模型中，尾静脉注射48 h后以808 nm、1.5 W cm⁻²激光照射5 min（图9A）。热成像显示，FeS@BSA+NIR与FeS@SRB+NIR均显著升温，后者肿瘤温度>55 °C（图9B、C），与4T1模型结果一致（图8B、C），提示SRB赋予FeS更优的主动靶向富集能力。14 d治疗期内，PBS与SRB组肿瘤呈爆发式增长；FeS@SRB+NIR组肿瘤生长抑制率达88%（图9D、E），体重全程平稳（图9F）。H&E切片显示，该组肿瘤出现大面积核浓缩与核碎裂（图9G）；TUNEL/Ki67染色进一步验证其增殖最低、凋亡最高。肝脏H&E可见PBS组胞质空泡化（黄线）、炎症灶（绿线）及门静脉淤血（蓝线）（图9H），提示肿瘤负荷本身即可诱发肝损伤；而FeS@BSA+NIR与FeS@SRB+NIR组肝损伤明显减轻，且心、脾、肺、肾未见明显异常，说明FeS@SRB+NIR在高效抑制B16F10肿瘤生长的同时兼具良好生物安全性。

图9 B16F10荷瘤小鼠治疗。（A）流程示意；（B）激光照射后红外热像（48 h）；（C）肿瘤温度曲线；（D）肿瘤生长曲线；（E）第14天肿瘤照片；（F）体重变化；（G）第14天肿瘤H&E、TUNEL、Ki67（标尺200 μm）；（H）第14天肝脏H&E（标尺200 μm）。G1对照；G2 SRB；G3 FeS@BSA；G4 FeS@BSA+NIR；G5 FeS@SRB；G6 FeS@SRB+NIR

（8）FeS@SRB能有效抑制原位乳腺癌的生长和转移

在4T1原位乳腺癌模型中，IR780标记物经尾静脉注射后，活体成像显示SRB与FeS@SRB组肿瘤荧光信号于24 h达峰并在96 h仍可检出（图10B、C），证实其优异靶向与滞留能力。48 h后以808 nm、1.5 W cm⁻²激光照射5 min，FeS@SRB组肿瘤温度显著升高，PBS及SRB组几乎无变化。治疗14 d内，FeS@SRB+NIR组肿瘤体积持续缩小，疗效优于所有对照；FeS@BSA+NIR组前8 d有效，随后迅速反弹（图10D–F）。终点时FeS@SRB+NIR组脾脏重量最低（图10G、H），体重全程平稳。H&E、TUNEL、Ki67染色显示该组肿瘤坏死广泛、凋亡最高、增殖最低（图10J）。肺肝转移评估显示，仅PBS与SRB组出现显著肺结节（图10K），各组均见不同程度肝转移，以FeS@SRB+NIR最轻，提示化学动力/光热协同治疗兼具高效抑瘤与抗转移能力。

图10 原位4T1荷瘤模型疗效。（A）治疗流程示意；（B）IR780-SRB、FeS@BSA、FeS@SRB静脉注射后活体荧光及48 h离体肿瘤与器官荧光成像（标尺1 cm）；（C）荧光强度定量；（D）肿瘤生长曲线；（E）第14天肿瘤影像及（F）重量；（G）第14天脾脏染色图像及（H）脾脏重量；（I）体重变化；（J）肿瘤H&E、TUNEL、Ki67（标尺200 μm）；（K）肺肝H&E（标尺400 μm）。G1对照；G2 SRB；G3 FeS@BSA；G4 FeS@BSA+NIR；G5 FeS@SRB；G6 FeS@SRB+NIR