摘要：近年来，肿瘤免疫治疗虽取得显著进展，但患者响应率低、肿瘤微环境免疫抑制等问题仍制约其疗效。尤其值得关注的是，肿瘤细胞依赖“瓦博格效应”，即偏好糖酵解代谢而非高效的线粒体氧化磷酸化，这不仅促进肿瘤快速增殖，还导致微环境酸化与免疫细胞功能受抑，成为当前免疫治疗面临

黑磷纳米片通过增强线粒体能量代谢推动肿瘤免疫治疗新突破

近年来，肿瘤免疫治疗虽取得显著进展，但患者响应率低、肿瘤微环境免疫抑制等问题仍制约其疗效。尤其值得关注的是，肿瘤细胞依赖“瓦博格效应”，即偏好糖酵解代谢而非高效的线粒体氧化磷酸化，这不仅促进肿瘤快速增殖，还导致微环境酸化与免疫细胞功能受抑，成为当前免疫治疗面临的重要挑战。如何逆转肿瘤细胞的能量代谢方式，成为提升免疫治疗效果的关键突破口。

近日，四川大学樊渝江教授、孙勇研究员揭示了黑磷纳米片在调控肿瘤能量代谢与免疫微环境中的双重作用。研究人员发现，聚乙二醇修饰的黑磷纳米片可在肿瘤细胞内代谢为磷酸盐，显著增强线粒体氧化磷酸化过程，进而抑制多种促生存信号通路并降低PD-L1蛋白表达。该材料不仅直接抑制肿瘤生长，还通过促进CD8⁺ T细胞浸润、减少调节性T细胞比例，重塑免疫微环境，展现出作为化学治疗与免疫增强剂的双重潜力。相关论文以“Black phosphorus nanosheets boost mitochondrial oxidative phosphorylation improving immunotherapy outcomes”为题，发表在Nature Nanotechnology上，论文第一作者为Yuedi Yang和Mingda Zhao。

研究团队首先成功制备了具有良好分散性与稳定性的PEG化黑磷纳米片。电镜图像清晰展示了其层状结构与晶格参数。细胞实验表明，该材料对正常细胞毒性较低，但对黑色素瘤细胞B16F10的增殖与迁移具有显著抑制效果。进一步检测发现，细胞内磷酸盐浓度在16小时达到峰值，说明BPP在胞内迅速氧化分解释放磷酸根，进而参与能量代谢调控。

图1 BPP的制备与表征 a. BPP通过增强氧化磷酸化过程抑制肿瘤发生与发展，并降低PD-L1表达，同步促进NK细胞、树突状细胞与CD8⁺ T细胞活化。 b. BP与BPP的透射电镜图像。 c. L929与B16F10细胞经BPP处理后的细胞活力。 d. BPP处理后的伤口愈合图像与三维重建。 e. B16F10细胞内磷浓度随时间变化。 f. BPP处理组与PBS组的上调KEGG与GO条目热图。 g. 细胞呼吸过程示意图。 h. 线粒体呼吸链复合物活性、ATP与乳酸浓度变化。

转录组与蛋白组学分析显示，BPP处理后的肿瘤细胞中，氧化磷酸化相关通路显著上调，而PI3K-Akt、MAPK、mTOR等促生存信号通路则被抑制。研究人员通过实时荧光定量PCR与Western blot验证了关键基因与蛋白的表达下降，包括Pik3r1、Akt3、Mtor、Bcl2等。尤为重要的是，BPP通过下调HIF-1α信号，减少了PD-L1在肿瘤细胞表面的表达，为联合免疫检查点抑制剂提供了理论依据。

图2 BPP的抗肿瘤机制与体外验证 a-b. 转录组中下调的KEGG通路与ErbB、MAPK、mTOR信号通路热图。 c. 关键通路基因表达热图。 d. BPP处理后的qPCR、磷酸化蛋白组与Western blot分析示意图。 e. 关键基因表达验证。 f-g. 磷酸化蛋白组中下调KEGG通路与信号通路热图。 h. 磷酸化蛋白热图。 i. Western blot验证相关蛋白及其磷酸化水平。 j. BPP抑制信号通路并降低PD-L1表达的机制图。 k. BPP处理后B16F10细胞PD-L1表达。 l. B16F10细胞与淋巴细胞共培养实验设计。 m. 共培养体系中PD-L1表达。 n. 细胞上清中TNF-α浓度。

在动物模型中，负载BPP的水凝胶通过瘤周注射实现了药物的缓释与局部富集。与单用PD-1/PD-L1抑制剂相比，BPP联合治疗组在抑制肿瘤生长、延长小鼠生存期方面效果最为显著。组织切片显示，治疗组中肿瘤标志物GPNMB表达下降，Ki67与Bcl-2染色减弱，表明肿瘤增殖与侵袭能力受到有效遏制。

图3 BPP与PD的协同抗肿瘤效果 a. B16F10荷瘤小鼠实验设计。 b-c. 各组肿瘤体积与抑制率。 d. 小鼠生存曲线。 e. 肿瘤切片中GPNMB荧光表达。 f. 早期肿瘤治疗时间表。 g. 黑色素瘤与邻近组织中黑色素瘤标志物GPNMB与成纤维细胞标志物FSP-1的荧光图像。 h-i. 淋巴结中Ki67与GPNMB的免疫组化与荧光图像。

免疫细胞分析进一步证实，BPP能显著提升肿瘤内CD8⁺ T细胞与IFN-γ⁺ T细胞的比例，同时降低调节性T细胞频率。在脾脏中，BPP促进了树突状细胞的成熟与中央记忆性T细胞的形成，特别是在联合PD抑制剂后，效应记忆CD8⁺ T细胞数量显著上升，显示出系统性的免疫记忆响应。

图4 PD-BPP对肿瘤免疫浸润细胞的影响 a. 肿瘤细胞PD-L1表达。 b-c. 肿瘤切片中CD4⁺与CD8⁺ T细胞荧光图像与半定量分析。 d-f. 肿瘤内CD8⁺ T细胞、CD8⁺IFNγ⁺ T细胞与CD4⁺Foxp3⁺ T细胞流式分析。 g. 淋巴结中CD4⁺与CD8⁺ T细胞荧光图像与三维重建。

转录组测序结果从分子层面揭示了BPP的免疫激活机制：脾脏中NK细胞介导的细胞毒性、抗原提呈与T细胞活化等相关通路均被显著激活。联合治疗后，T细胞分化与免疫响应相关基因表达进一步增强，说明BPP与PD抑制剂具有协同增效作用。

图5 PD-BPPH处理后脾脏转录组分析 a. 转录组分析实验时间表。 b-c. BPPH组与PBS组的上调KEGG与GO条目。 d-e. 差异基因的String互作分析与热图。 f. BPP对免疫细胞活性的作用机制图。 g-h. PD-BPPH组与BPPH组的上调KEGG与GO条目。

在免疫缺陷小鼠模型中，BPP仍能有效抑制原发瘤生长，但在缺乏T细胞的情况下无法控制远端转移瘤，证明其抗肿瘤效果依赖于T细胞介导的免疫记忆。此外，在4T1乳腺癌模型中，BPP同样表现出显著的肿瘤抑制与免疫激活效果，验证了其广谱抗肿瘤潜力。

图6 PD-BPPH的转录组验证与免疫预后 a. 血清中IFN-γ、IL-6与TNF-α浓度。 b-f. 脾脏中树突状细胞、CD8⁺ T细胞、Treg细胞与记忆T细胞的流式分析。 g-h. BALB/c裸鼠与NCG小鼠模型中原发瘤生长曲线与瘤重。 i. 4T1荷瘤小鼠实验设计。 j. 各组肿瘤体积变化。 k-m. 4T1肿瘤中CD8⁺IFNγ⁺ T细胞与脾脏中CD8⁺与CD4⁺记忆T细胞比例分析。

综上所述，黑磷纳米片通过逆转肿瘤细胞的能量代谢方式，增强线粒体氧化磷酸化，不仅直接抑制肿瘤生长，还重塑免疫微环境，增强T细胞应答与免疫记忆。该研究不仅揭示了黑磷在肿瘤代谢调控与免疫联合治疗中的新机制，也为开发高效低毒的肿瘤免疫纳米药物提供了创新策略与实验依据。

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来源：科学你我他