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針對(duì)上述問(wèn)華中科技大學(xué)王芹教授團(tuán)隊(duì)提設(shè)計(jì)并構(gòu)建了 FeS 納米顆粒-SRB 生物雜化體（FeS@SRB），旨在提升腫瘤靶向能力并整合多模態(tài)治療以增效減毒。如圖 1A 所示，在 Fe2? 存在下，SRB 作為“生物工廠(chǎng)”通過(guò)一步生物礦化過(guò)程在其表面原位合成 FeS 納米顆粒，F(xiàn)eS@SRB 雜化體兼具 SRB 的厭氧靶向性與 FeS 納米顆粒的光熱/化學(xué)動(dòng)力活性。該工作不僅提出了一種由非致病菌驅(qū)動(dòng)的缺氧靶向治療策略，也為納米治療劑的綠色生物合成提供了新平臺(tái)，有望實(shí)現(xiàn)高效腫瘤靶向遞送、優(yōu)異生物安全性與增強(qiáng)治療效果的統(tǒng)一。該文章于2025年7月15日以《Living therapeutics of nonpathogenic bacteria as biosynthesis factory and active carriers for enhancing tumor-targeted therapy》為題發(fā)表于《Nature Communications》（DOI：10.1038/s41467-025-61675-4）。

圖1. FeS@SRB的生物合成和抗腫瘤治療示意圖

（1）FeS @ SRB 納米顆粒的合成

FeS@SRB 的形成機(jī)制如圖 2A 所示：SRB 以乳酸為電子供體、SO?2?為末端電子受體，經(jīng)細(xì)胞色素 c 介導(dǎo)的電子傳遞生成 S2?，并與體系中的 Fe2?在酸性條件下于菌體表面原位生成 FeS 納米顆粒。SEM-EDS 顯示 FeS@SRB 同時(shí)含 C、N、O、Fe、S，且 FeS NPs 均勻分布于菌體表面（圖 2B）。DLS 表明 FeS@SRB 的水合粒徑大于單獨(dú) SRB（圖 2C）。Zeta 電位測(cè)試 SRB 與 FeS@SRB 均呈負(fù)電（圖 2D）。UV-vis-NIR 光譜顯示 FeS@SRB 在 260 nm（核酸）和 410 nm（Cyt c?）處出現(xiàn)強(qiáng)吸收，近紅外區(qū)吸收增強(qiáng)（圖 2E）。FTIR 證實(shí) FeS 生成后 SRB 結(jié)構(gòu)特征峰無(wú)明顯變化，僅部分 EPS 基團(tuán)峰強(qiáng)度降低（圖 2F）。XRD 在 27.12°、31.55°、45.22°、56.36° 處出現(xiàn)正交晶系 FeS 的 (111)、(200)、(220)、(222) 晶面衍射峰（圖 2G）。XPS 顯示 Fe 2p 峰位于 710.9、712.4、724.7 eV，對(duì)應(yīng) Fe(III)-S、Fe(III)-O、Fe(II)-S；S 2p 峰位于 161.8、163.7、164.8、168.1 eV，對(duì)應(yīng) S2?、S?2?、S?、SO?2?（圖 2H）。上述結(jié)果確認(rèn) SRB 表面成功原位合成具有混合價(jià)態(tài)的鐵硫化合物，為 FeS@SRB 提供納米酶活性基礎(chǔ)。

圖2 FeS@SRB表征。（A）. 成型過(guò)程示意圖與機(jī)理解析。（B）.SEM-EDS元素分布圖。比例尺：2.5 μm。（C）.室溫下動(dòng)態(tài)光散射粒徑分布測(cè)量結(jié)果。（D）.Zeta電位測(cè)試數(shù)據(jù)。n = 3組獨(dú)立樣本。數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。（E）.UV-vis-NIR吸收光譜。（F）.FTIR光譜。（G）.XRD衍射圖譜。（H）. FeS@SRB中鐵離子2p軌道、硫原子2p軌道XPS能譜

（2）FeS@SRB的光熱和化學(xué)動(dòng)力學(xué)協(xié)同效應(yīng)

FeS@SRB 在 808 nm 激光照射下呈濃度依賴(lài)升溫（圖3A）；經(jīng)歷 5 次開(kāi)-關(guān)循環(huán)后溫升曲線(xiàn)基本重合（圖 3B），首循環(huán)計(jì)算得光熱轉(zhuǎn)換效率 η = 33.9 %（圖 3C）。pH 5.5 條件下 Fe2? 釋放量顯著高于 pH 7.4（圖 3D），提示酸性微環(huán)境觸發(fā)離子釋放。以亞甲基藍(lán)為探針，F(xiàn)eS@SRB 引起 MB 降解，且在激光和酸性共同作用下降解率進(jìn)一步提高（圖 3D–F）；以 TMB 為底物時(shí)，TMB+H?O?+FeS@SRB（pH 5.5）組在 652 nm 處吸光度最高（圖 3G、H），表明 ?OH 大量生成；ESR 譜在 pH 5.5 與 NIR 照射條件下出現(xiàn)顯著 ?OH 特征信號(hào)（圖 3I）。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示，OD??? = 0.2 的 SRB 對(duì) HUVECs 和 L929 細(xì)胞存活率仍 >90 %（圖 3J）；OD??? = 0.1 的 FeS@SRB 在 pH 7.4 下已顯著降低 4T1 和 B16F10 細(xì)胞存活率，降至 pH 5.5 后抑制進(jìn)一步加?。▓D 3K、L），再施加 808 nm 激光（1.5 W cm?2，10 min）后細(xì)胞活力幾乎完全喪失，證實(shí)光熱-化學(xué)動(dòng)力協(xié)同殺傷效應(yīng)。

圖3 FeS@SRB光熱-芬頓協(xié)同性能。（A）光熱效應(yīng)與濃度關(guān)系；（B）循環(huán)穩(wěn)定性；（C）光熱轉(zhuǎn)換效率計(jì)算；（D–F）MB探針檢測(cè)?OH生成量（pH 7.4、pH 5.5）；（G）TMB顯色紫外-可見(jiàn)光譜及實(shí)物照片；（H）652 nm吸光度統(tǒng)計(jì)；（I）?OH的ESR譜；（J）HUVECs與L929細(xì)胞活力；（K）4T1及（L）B16F10細(xì)胞活力

（3）FeS@SRB + NIR的治療機(jī)制分析

轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示FeS@SRB聯(lián)合近紅外光（NIR）對(duì)4T1乳腺癌細(xì)胞的殺傷機(jī)制。RNA-seq結(jié)果顯示，與PBS對(duì)照相比，單獨(dú)FeS@SRB處理產(chǎn)生2129個(gè)上調(diào)和1805個(gè)下調(diào)的差異基因，而FeS@SRB+NIR處理誘導(dǎo)1797個(gè)上調(diào)和1603個(gè)下調(diào)的差異基因（圖4A）。聚類(lèi)分析表明，F(xiàn)eS@SRB+NIR組的核心差異表達(dá)基因集中于代謝調(diào)控（Hmox1、Srxn1、Nqo1、Pgd、Ifitm6/3、Ccl5、IL1b、Tnf、Cd274、Irf7、Gstm1/2）、熱休克應(yīng)激（Hspa1a、Hspb1）及鐵轉(zhuǎn)運(yùn)（Fth1、Acot1、Slc40a1、Slc7a11）（圖4B），提示氧化應(yīng)激破壞代謝穩(wěn)態(tài)并激活熱休克和鐵死亡通路。GO富集顯示，免疫相關(guān)功能（MHC蛋白復(fù)合物結(jié)合、Toll樣受體結(jié)合、抗原呈遞）及多條代謝途徑（甘油磷脂、鞘脂、谷氨酰胺族氨基酸、谷胱甘肽代謝）顯著富集（圖4C）。KEGG進(jìn)一步證實(shí)，F(xiàn)eS@SRB+NIR較FeS@SRB顯著增強(qiáng)鐵死亡、谷胱甘肽代謝和PPAR信號(hào)通路（圖4D），并激活NF-κB、Toll樣受體、p53及抗原加工呈遞通路，提示免疫與應(yīng)激網(wǎng)絡(luò)全面動(dòng)員。qPCR驗(yàn)證8個(gè)關(guān)鍵基因：FeS@SRB上調(diào)熱休克蛋白HSP70/90（Hspa1a/Hsp90aa1）（圖4E）；NIR照射后細(xì)胞內(nèi)GSH下降、GPX4活性受抑（圖4F），CAT表達(dá)降低（圖4G）；氧化應(yīng)激觸發(fā)p53（Trp53）（圖4H）與NF-κB（Nfkb1）（圖4I）信號(hào)，推動(dòng)鐵死亡標(biāo)志基因ACSL4（Acsl4）（圖4J）和GADD45（Gadd45a）（圖4K）上調(diào)。綜上，F(xiàn)eS@SRB+NIR通過(guò)光熱-化學(xué)動(dòng)力協(xié)同作用，激活氧化應(yīng)激、鐵死亡及熱應(yīng)激通路，實(shí)現(xiàn)高效抗腫瘤效應(yīng)。

圖4 FeS@SRB+NIR轉(zhuǎn)錄組分析。（A）差異基因火山圖；（B）差異基因聚類(lèi)熱圖；（C）GO富集；（D）KEGG富集；（E–K）Hspa1a/Hsp90aa1、Gpx4、Cat、Trp53、Nfkb1、Acsl4、Gadd45a 的mRNA相對(duì)表達(dá)量（G1 PBS，G2 FeS@SRB，G3 FeS@SRB+NIR）

（4）FeS@SRB的缺氧趨化性、深穿透性和腫瘤靶向性

為驗(yàn)證 FeS@SRB 的缺氧靶向協(xié)同光熱治療效果，通過(guò)跨孔實(shí)驗(yàn)評(píng)估其缺氧趨化性。如圖 5A 所示，將一定量的 FITC 標(biāo)記的 FeS@SRB 置于上層孔室，下層孔室則通過(guò)葡萄糖/葡萄糖氧化酶/過(guò)氧化氫酶體系模擬缺氧微環(huán)境。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著時(shí)間推移，上層孔室的熒光強(qiáng)度逐漸減弱，而下層孔室的熒光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)（圖 5B）。進(jìn)一步的半定量分析表明，F(xiàn)eS@SRB 的遷移與孵育時(shí)間呈正相關(guān)，即孵育時(shí)間越長(zhǎng)，遷移量越大。特別是在孵育 45 分鐘后，上層孔室的熒光強(qiáng)度僅剩 19.2%，而下層孔室的熒光強(qiáng)度顯著提升至 80%（圖 5C），這直觀(guān)地展示了 FeS@SRB 優(yōu)異的缺氧趨化性。此外，還評(píng)估了 FeS@SRB 在 3D 腫瘤球體模型中的腫瘤穿透能力。為更真實(shí)地反映腫瘤的異質(zhì)性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，分別構(gòu)建了 4T1 細(xì)胞和 B16F10 細(xì)胞來(lái)源的 3D 腫瘤球體。經(jīng)過(guò) 24 小時(shí)共孵育，F(xiàn)ITC 標(biāo)記的 FeS@SRB 與 4T1 細(xì)胞來(lái)源的 3D 腫瘤球體共孵育后，熒光強(qiáng)度隨掃描深度先升高后降低，在掃描深度為 30 微米時(shí)，綠色熒光信號(hào)最強(qiáng)（圖 5D、E）。類(lèi)似地，在 B16F10 細(xì)胞來(lái)源的 3D 腫瘤球體內(nèi)部也觀(guān)察到較強(qiáng)的綠色熒光信號(hào)（圖 5F、G），這表明 FeS@SRB 能夠深入腫瘤內(nèi)部。綜上所述，作為一種綠色、高效、生物相容的策略，原位生物合成能夠?qū)崿F(xiàn)高效、安全的納米顆粒-細(xì)菌雜化體，用于腫瘤靶向治療。

圖5 FeS@SRB缺氧趨化。（A）轉(zhuǎn)孔系統(tǒng)示意；（B）不同時(shí)間上下室熒光圖像（標(biāo)尺50 μm）；（C）FI比值；（D–G）FITC-FeS@SRB與4T1及B16F10 3D球體共孵育24 h的共聚焦及三維圖像（標(biāo)尺200 μm）

為了在體內(nèi)驗(yàn)證 SRB 的腫瘤趨化性，利用成像技術(shù)比較了 SRB 和 FeS@SRB 與傳統(tǒng)化學(xué)合成的 FeS@BSA 的腫瘤靶向遞送效率。構(gòu)建了 4T1 細(xì)胞來(lái)源的皮下腫瘤小鼠模型，并分別通過(guò)尾靜脈注射 IR780 標(biāo)記的 SRB 和 FeS@SRB。結(jié)果表明，SRB 和 FeS@SRB 在尾靜脈注射后均能逐漸靶向至腫瘤部位（圖 6A、B）。在注射后 36 小時(shí)，兩組的遞送效率均超過(guò) 50.5%，這一結(jié)果是通過(guò)比較尾靜脈注射與瘤內(nèi)注射相同樣本量后的熒光強(qiáng)度比值計(jì)算得出的。這一結(jié)果證實(shí)了原位合成的 FeS 納米顆粒保留了 SRB 的活性和缺氧靶向能力。相比之下，F(xiàn)eS@BSA 在尾靜脈注射后的遞送效率僅為 2.9%，這可能是由于其受到多種生理屏障的限制。通過(guò)平板菌落計(jì)數(shù)法評(píng)估 FeS@SRB 在體內(nèi) 60 小時(shí)后的生物分布，結(jié)果顯示腫瘤組織中細(xì)菌菌落密集，肝臟和腎臟中菌落較少，而在其他主要器官中僅偶爾發(fā)現(xiàn)菌落（圖 6C、D）。革蘭氏染色實(shí)驗(yàn)也得到了類(lèi)似的結(jié)果（圖 6E），進(jìn)一步證實(shí)了 FeS@SRB 優(yōu)異的腫瘤靶向和定植能力。

圖6 FeS@SRB體內(nèi)腫瘤趨化。（A）靜脈注射IR780-SRB、FeS@BSA、FeS@SRB后不同時(shí)間點(diǎn)的活體熒光圖像；（B）36 h腫瘤靶向效率統(tǒng)計(jì)；（C、D）60 h后平板計(jì)數(shù)評(píng)估FeS@SRB生物分布；（E）48 h后革蘭氏染色顯示器官及腫瘤內(nèi)細(xì)菌分布（藍(lán)色圓圈示菌落）

（5）FeS@SRB的生物安全性

圖3J中已證實(shí)SRB的細(xì)胞相容性。為評(píng)估SRB在體內(nèi)治療的可行性，研究人員將其靜脈注射至正常小鼠體內(nèi)。與未接受任何治療的小鼠相比，靜脈注射SRB 12小時(shí)后，小鼠血清中的IL-1β水平未見(jiàn)明顯變化，而包括IL-6、TNF-α和iNOS在內(nèi)的部分炎癥因子濃度略有上升（維持在pg水平）（圖7A-D）。然而，這些因子的水平在1天后恢復(fù)至正常值。上述結(jié)果表明SRB未引發(fā)病理反應(yīng)。培養(yǎng)皿包被實(shí)驗(yàn)顯示，SRB在第4天即從主要器官中逐漸清除（圖7E)。在40天觀(guān)察期內(nèi)，白細(xì)胞計(jì)數(shù)（WBC）、紅細(xì)胞（RBC）、血小板計(jì)數(shù)（PLT）（圖7F)、肝功能指標(biāo)如丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）、乳酸脫氫酶（LDH）（圖7G)，以及腎功能指標(biāo)如血尿素氮（BUN）和肌酐（CREA）（圖7H)等關(guān)鍵生理指標(biāo)均保持在正常范圍內(nèi)。SRB處理組小鼠體重穩(wěn)步增長(zhǎng)（圖7I)。通過(guò)蘇木精-伊紅（H&E）染色對(duì)SRB處理小鼠不同時(shí)間點(diǎn)（1、7、14、28和40天）主要器官組織進(jìn)行的組織病理學(xué)分析顯示，主要器官未出現(xiàn)組織損傷和慢性炎癥（圖7J)。這些結(jié)果有力證明SRB并未引發(fā)免疫逃逸、慢性炎癥或組織損傷，有效緩解了基于SRB的細(xì)菌療法生物安全性方面的擔(dān)憂(yōu)。因此，SRB作為腫瘤靶向治療的納米載體展現(xiàn)出廣闊前景。

圖7 SRB體內(nèi)安全性。（A–D）靜脈注射SRB后血清IL-1β、IL-6、TNF-α、iNOS動(dòng)態(tài)；（E）第1、4、7天器官菌落分布示意；（F）血常規(guī)；（G）肝功能；（H）腎功能；（I）體重曲線(xiàn)；（J）第1、7、40天主要器官H&E染色（標(biāo)尺200 μm）

（6）FeS@SRB在體內(nèi)NIR激光照射下有效靶向腫瘤組織，抑制皮下4T1腫瘤生長(zhǎng)

在4T1皮下荷瘤小鼠模型中，尾靜脈注射后48 h以808 nm、1.5 W cm?2激光照射腫瘤5 min（圖8A）。實(shí)時(shí)熱成像顯示，PBS與SRB組腫瘤溫度幾乎無(wú)變化，F(xiàn)eS@SRB組則迅速升至55 °C（圖8B、C），驗(yàn)證其高效光熱轉(zhuǎn)換能力。治療14 d內(nèi)，PBS及SRB組腫瘤體積持續(xù)增大；FeS@SRB組初期受抑，7 d后復(fù)又快速增長(zhǎng)；FeS@SRB+NIR組腫瘤逐漸縮小，部分完全消失（圖8D–F）。H&E切片可見(jiàn)對(duì)照組大量藍(lán)染腫瘤細(xì)胞核，F(xiàn)eS@SRB+NIR組腫瘤細(xì)胞顯著減少（圖8G、H）。TUNEL/Ki67雙標(biāo)顯示，該組綠色凋亡信號(hào)最強(qiáng)、紅色增殖信號(hào)最弱，提示凋亡最大化、增殖最小化。DHE染色進(jìn)一步揭示，PBS與SRB組幾乎無(wú)ROS（紅色熒光），F(xiàn)eS@SRB組于48 h產(chǎn)生大量ROS，F(xiàn)eS@SRB+NIR組至14 d仍保留少量ROS（圖8I、J），說(shuō)明近紅外照射持續(xù)增強(qiáng)?OH生成。上述結(jié)果證實(shí)FeS@SRB+NIR通過(guò)光熱-化學(xué)動(dòng)力協(xié)同機(jī)制實(shí)現(xiàn)腫瘤高效消融。

圖8 FeS@SRB 抗 4T1 荷瘤療效。（A）治療流程；（B）紅外熱像及（C）溫度曲線(xiàn)；（F）腫瘤生長(zhǎng)曲線(xiàn)；（E）第 14 天腫瘤照片及（F）重量；（G）第 14 天腫瘤 H&E、TUNEL、Ki67 圖像（標(biāo)尺 200 μm）；（H）TUNEL 與 Ki67 平均熒光強(qiáng)度定量；（I）腫瘤切片 ROS 圖像及（J）對(duì)應(yīng) MFI（標(biāo)尺 500 μm）。G1 PBS；G2 SRB；G3 FeS@SRB；G4 FeS@SRB+NIR

（7）FeS@SRB對(duì)B16F10腫瘤的強(qiáng)抗癌活性

在B16F10皮下黑色素瘤小鼠模型中，尾靜脈注射48 h后以808 nm、1.5 W cm?2激光照射5 min（圖9A）。熱成像顯示，F(xiàn)eS@BSA+NIR與FeS@SRB+NIR均顯著升溫，后者腫瘤溫度>55 °C（圖9B、C），與4T1模型結(jié)果一致（圖8B、C），提示SRB賦予FeS更優(yōu)的主動(dòng)靶向富集能力。14 d治療期內(nèi)，PBS與SRB組腫瘤呈爆發(fā)式增長(zhǎng)；FeS@SRB+NIR組腫瘤生長(zhǎng)抑制率達(dá)88%（圖9D、E），體重全程平穩(wěn)（圖9F）。H&E切片顯示，該組腫瘤出現(xiàn)大面積核濃縮與核碎裂（圖9G）；TUNEL/Ki67染色進(jìn)一步驗(yàn)證其增殖最低、凋亡最高。肝臟H&E可見(jiàn)PBS組胞質(zhì)空泡化（黃線(xiàn)）、炎癥灶（綠線(xiàn)）及門(mén)靜脈淤血（藍(lán)線(xiàn)）（圖9H），提示腫瘤負(fù)荷本身即可誘發(fā)肝損傷；而FeS@BSA+NIR與FeS@SRB+NIR組肝損傷明顯減輕，且心、脾、肺、腎未見(jiàn)明顯異常，說(shuō)明FeS@SRB+NIR在高效抑制B16F10腫瘤生長(zhǎng)的同時(shí)兼具良好生物安全性。

圖9 B16F10荷瘤小鼠治療。（A）流程示意；（B）激光照射后紅外熱像（48 h）；（C）腫瘤溫度曲線(xiàn)；（D）腫瘤生長(zhǎng)曲線(xiàn)；（E）第14天腫瘤照片；（F）體重變化；（G）第14天腫瘤H&E、TUNEL、Ki67（標(biāo)尺200 μm）；（H）第14天肝臟H&E（標(biāo)尺200 μm）。G1對(duì)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長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移

在4T1原位乳腺癌模型中，IR780標(biāo)記物經(jīng)尾靜脈注射后，活體成像顯示SRB與FeS@SRB組腫瘤熒光信號(hào)于24 h達(dá)峰并在96 h仍可檢出（圖10B、C），證實(shí)其優(yōu)異靶向與滯留能力。48 h后以808 nm、1.5 W cm?2激光照射5 min，F(xiàn)eS@SRB組腫瘤溫度顯著升高，PBS及SRB組幾乎無(wú)變化。治療14 d內(nèi)，F(xiàn)eS@SRB+NIR組腫瘤體積持續(xù)縮小，療效優(yōu)于所有對(duì)照；FeS@BSA+NIR組前8 d有效，隨后迅速反彈（圖10D–F）。終點(diǎn)時(shí)FeS@SRB+NIR組脾臟重量最低（圖10G、H），體重全程平穩(wěn)。H&E、TUNEL、Ki67染色顯示該組腫瘤壞死廣泛、凋亡最高、增殖最低（圖10J）。肺肝轉(zhuǎn)移評(píng)估顯示，僅PBS與SRB組出現(xiàn)顯著肺結(jié)節(jié)（圖10K），各組均見(jiàn)不同程度肝轉(zhuǎn)移，以FeS@SRB+NIR最輕，提示化學(xué)動(dòng)力/光熱協(xié)同治療兼具高效抑瘤與抗轉(zhuǎn)移能力。

圖10 原位4T1荷瘤模型療效。（A）治療流程示意；（B）IR780-SRB、FeS@BSA、FeS@SRB靜脈注射后活體熒光及48 h離體腫瘤與器官熒光成像（標(biāo)尺1 cm）；（C）熒光強(qiáng)度定量；（D）腫瘤生長(zhǎng)曲線(xiàn)；（E）第14天腫瘤影像及（F）重量；（G）第14天脾臟染色圖像及（H）脾臟重量；（I）體重變化；（J）腫瘤H&E、TUNEL、Ki67（標(biāo)尺200 μm）；（K）肺肝H&E（標(biāo)尺400 μm）。G1對(duì)照；G2 SRB；G3 FeS@BSA；G4 FeS@BSA+NIR；G5 FeS@SRB；G6 FeS@SRB+NIR