文章题目：Construction of Diverse Calcium-Based Nanomaterials through a Microemulsion Method for Pyroptosis-Initiated Antitumor Immunotherapy

研究团队：中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室的研究团队

通讯作者：林君研究员、马平安研究员和丁彬彬副研究员

期刊：Advanced Materials

影响因子：26.8

发表时间：14 October 2025

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202516225

研究背景

在肿瘤治疗领域，细胞焦亡（Pyroptosis）是一种高度免疫原性的炎性程序性死亡方式，可通过释放大量DAMPs与炎性因子强效激活抗肿瘤免疫，是将“冷肿瘤”转化为“热肿瘤”的关键策略。本研究以钙基纳米材料为载体，通过Ca²⁺超载诱导焦亡，并结合琥珀酸介导的免疫调控，实现抗肿瘤免疫增强。

本研究提出了一种基于钙离子（Ca²⁺）和琥珀酸根离子（succinate）协同作用的纳米平台——PEG修饰的琥珀酸钙纳米颗粒（PCS NPs），旨在通过Ca²⁺超载诱导肿瘤细胞焦亡，同时利用琥珀酸根上调MHC-I表达，逆转免疫抑制微环境。

在此背景下，JC-1探针被用于评估线粒体膜电位变化：

膜电位较高时，JC-1形成聚集体，发出红色荧光（Ex/Em=585/590nm）

膜电位降低时，JC-1以单体存在，发出绿色荧光（Ex/Em=510/527nm）

红绿荧光比值可直接反映线粒体功能状态，是检测线粒体损伤的金标准。

研究结果

实验以小鼠乳腺癌4T1细胞为模型，设置对照组、游离琥珀酸钙（CS）组、PCS NPs组，结合JC-1、Bio-TEM、ROS、Ca²⁺荧光探针进行验证。

实验结果：JC-1结果显示PCS NPs处理后，4T1细胞绿色荧光显著增强，表明线粒体膜电位急剧下降，出现严重线粒体功能障碍（Figure 3f）。Ca²⁺超载直接破坏线粒体稳态，导致呼吸链紊乱与ROS大量生成。相比于游离CS，PCS NPs可通过纳米内吞高效递送Ca²⁺，绕过细胞膜钙泵/通道，造成更显著、更持久的线粒体损伤。

机制关联

1. 线粒体损伤与焦亡的耦合

机制链条：
Ca²⁺超载→线粒体损伤（JC-1证实）→ROS升高→NLRP3 inflammasome激活→Caspase-1剪切活化→GSDMD-N生成→膜穿孔→细胞焦亡。

2. 线粒体损伤对肿瘤转移的抑制

线粒体是细胞骨架重塑的能量来源。JC-1证实的线粒体功能障碍与F-actin /Cofilin-1下调高度一致，从能量代谢角度解释了PCS NPs抑制肿瘤迁移与侵袭的关键机制。

与免疫治疗的关联

线粒体损伤不仅是细胞死亡的起点，更是免疫激活的核心上游信号：

DAMPs释放：伴随线粒体膜电位崩溃，ATP、HMGB1、CRT大量释放，触发免疫原性死亡（ICD）（Figure 4b-f）。

树突状细胞（DC）成熟：PCS NPs组DC成熟率达 29.8%，显著高于对照组（Figure 4h）。

MHC-I上调：琥珀酸通过抑制赖氨酸特异性去甲基化酶（LSD）活性，上调肿瘤细胞与DC表面MHC-I表达，增强抗原呈递（Figure 4i-j）。

JC-1所证实的线粒体损伤，为焦亡→ICD→免疫激活提供了最关键的上游证据。

与体内抗肿瘤效果的呼应

在4T1双侧肿瘤模型中，PCS NPs显著抑制原位肿瘤与远端肿瘤生长，成功触发系统性抗肿瘤免疫，证实其触发系统性抗肿瘤免疫应答（Figure 6b-g）

l CD8⁺T细胞、记忆T细胞、NK细胞比例上升。

l M2型巨噬细胞向M1型转化。

l Treg免疫抑制细胞比例下降。

这些体内数据与体外JC-1结果形成完整证据链：线粒体损伤JC-1→焦亡→ICD→抗原提呈增强→系统性抗肿瘤免疫。

研究总结

本研究以JC-1线粒体膜电位检测为核心机制锚点，证实PCS NPs通过Ca²⁺超载诱导线粒体功能障碍，启动Caspase-1/GSDMD介导的焦亡；同时琥珀酸信号上调 MHC-I、增强抗原呈递、逆转免疫抑制微环境，实现焦亡启动+免疫激活协同抗肿瘤。

核心机制总结：

l Ca²⁺过载→NLRP3/Caspase-1/GSDMD通路→焦亡与ICD释放

l 琥珀酸信号→MHC-I上调→抗原呈递增强

l TME重塑→免疫抑制逆转→全身抗肿瘤免疫激活