骨科植入相关感染中的生物膜感染微环境（BIM）形成坚固的屏障，抵抗抗菌剂并规避宿主免疫系统，但目前针对 BIM 特性的有效靶向治疗有限。本文提出了一种基于微环境氧气调控的新兴纳米催化免疫治疗策略。据报道，光激活氧免疫调节因子（LAOIR）能够在光疗初期通过生成单重态氧（¹O₂）有效地靶向并破坏生物膜。LAOIR 诱导的缺氧微环境延长了中性粒细胞寿命，并减轻了由被杀细菌引起的脂胆酸（LTA）引起的免疫耐受。随着生物膜解体和氧气恢复，中性粒细胞“免疫开关”被触发，在免疫训练中，如网状沉睡和吞噬作用，中性粒细胞表现出增强的杀菌活性。与此同时，LAOIR 疗法介导中性粒细胞表达升高的促炎细胞因子 IL-6、IL-1β以及趋化因子 CCR2 和 CXCR2，促进免疫招募，从而使治疗效果比万古霉素更为有效。体外和体内实验已证明 LAOIR 在治疗细菌感染方面优于临床抗生素，直接支持氧调控免疫反应策略在骨科植入物治疗中的应用。

骨科植入物相关感染中形成的生物膜感染微环境，构成了抵抗抗菌药物和逃避宿主免疫系统的坚固屏障，目前针对其特性的有效靶向治疗策略十分有限。面对这一临床难题，一项发表于《Advanced Functional Materials》的研究提出了一种基于微环境氧调控的新兴纳米催化免疫治疗策略。

该研究设计了一种基于二维氢化锗烯的光激活氧免疫调节剂。这种材料具有合适的光激发带隙和优异的光催化性能，在治疗初期，能在光照下催化氧气转化为单线态氧等活性氧，有效破坏生物膜结构并杀灭细菌。与此同时，催化过程消耗氧气，在局部创造并维持一个缺氧微环境，为探索缺氧在免疫调节中的作用提供了契机。

深入的研究揭示了一个精妙的“免疫开关”机制。在LAOIR治疗初期，其产生的活性氧直接攻击生物膜，而随之产生的缺氧环境暂时性地抑制了中性粒细胞等免疫细胞的吞噬功能和中性粒细胞胞外陷阱的形成。这种抑制并非削弱防御，反而是一种保护性策略。它延长了中性粒细胞的寿命，并通过上调HIF-1α激活AKT/mTOR通路，缓解了由细菌死亡后大量释放的脂磷壁酸所诱导的免疫细胞过度应激和后续的免疫耐受。本质上，缺氧环境将免疫细胞的应答暂时“关闭”，使其免于耗竭。

随着光催化耗氧阶段结束，微环境中的氧含量逐渐恢复，先前被保护的免疫细胞功能被重新“开启”。此时，这些细胞经历了一种类似“训练免疫”的过程，对脂磷壁酸等病原相关分子模式表现出更强的应答能力。与万古霉素治疗组相比，LAOIR处理后的中性粒细胞展现出显著增强的趋化、吞噬和形成中性粒细胞胞外陷阱的能力，并能表达更高水平的促炎细胞因子如IL-6、IL-1β以及趋化因子受体CCR2和CXCR2，从而促进免疫募集，产生更强大的清除效应。

在植入物相关的皮下感染和骨髓炎小鼠模型中，LAOIR治疗展现了超越临床抗生素万古霉素的卓越疗效。它不仅更有效地清除了感染部位的细菌生物膜，显著降低了组织中的细菌载量，还通过上述免疫调节机制保护并增强了宿主的免疫清除功能。组织学分析显示，LAOIR治疗组炎症控制更好，骨组织破坏更轻，促进了感染愈合。研究还通过添加HIF-1α抑制剂进行反向验证，证实了缺氧信号通路在该免疫调节过程中的核心作用。

这项工作标志着纳米催化免疫疗法在应对耐药生物膜感染领域取得了重要进展。它不再局限于单纯增强杀菌能力，而是巧妙地利用治疗过程中对局部氧浓度的动态调控，智能地“管理”宿主免疫反应：先在初期避免免疫细胞过度活化与耗竭，后在后期激发其训练增强的杀菌潜能。这种时空调控的协同策略，为攻克骨科植入物感染这一临床顽疾提供了全新的思路，展现了纳米材料在调控复杂生物微环境与宿主免疫系统对话方面的巨大潜力。

参考消息：

DOI: 10.1002/adfm.202509454