白介素-2（IL-2）免疫疗法在转移性癌症方面具有相当大的潜力;然而，其疗效受限于低反应率、剂量依赖性毒性、短半衰期、肿瘤积累不良以及免疫激活非靶向。本研究介绍了一款生物杂交微型机器人（IL-2@Z/C/A），通过仿生矿化 IL-2 变体分泌大肠杆菌 Nissle 1917（EcN）工程，外壳为沸石质的吡虫甲酸骨架-8（ZIF-8），并辅以聚集诱导的发射光敏化剂和过氧化氢酶。ZIF-8 涂层在防止药物过早泄漏和全身暴露的同时，保持细菌的肿瘤定向能力，从而最大限度地减少靶向外效应。当骨架在酸性肿瘤微环境（TME）中积累时，会降解以释放工程细菌和治疗性物质。局部释放锌离子、光诱发活性氧物种以及 EcN 衍生的病原相关分子模式协同作用，诱导 Cle-caspase/GSDMD 介导的火焰侵蚀，导致免疫性细胞死亡，伴随损伤相关分子模式释放和促炎细胞因子产生。同时，过氧化氢酶驱动的氧气生成缓解缺氧，抑制 HIF-1α诱导的免疫抑制。结合 PD-L1 阻断，IL-2@Z/C/A 通过协调免疫级联在 B16F10 黑色素瘤模型中实现近乎完全的肿瘤退化：热侵作用介导的抗原暴露激活适应性免疫，缺氧逆转抵消免疫抑制，持续局部 IL-2 释放逆转 T 细胞耗竭，整体重编程免疫抑制 TME，并诱导强抗肿瘤免疫。 这项工作确立了空间控制免疫治疗的独特范式，并凸显了这种生物杂交微型机器人将免疫学上“冷”的肿瘤转化为有反应性生态位的潜力。

该研究以题为“Engineered Bacteria-Driven Biohybrid Microrobots Potentiate IL-2 Immunotherapy by Evoking Pyroptosis”发表在ACS Nano上。

IL-2@Z/C/A 生物混合微型机器人的示意图及其协同抗癌机制 a 2

IL-2@Z/C/A 微型机器人的合成与表征。(a) IL-2@Z/C/A 微型机器人制备过程的示意图。(b) 未改性 IL-2 工程化大肠杆菌及 ZIF-8 矿化细菌（IL-2@Z、IL-2@Z/C、IL-2@Z/A、IL-2@Z/C/A）的 SEM 图像。比例尺：5 μm。下方列出了相应的高倍放大图。比例尺：1 μm。(c) 不同生物杂化体的紫外-可见吸收光谱。(d) 不同生物杂化体的动态光散射（DLS）水动力直径分布。(e) 不同生物杂化体的 ζ 电位变化 (n = 6)。(f 和 g) IL-2@Z/C/A 的 TEM 图像、HAADF-STEM 图像、元素映射图像 (f) 及元素含量 (g)。比例尺：1 μm。(h) ZIF-8、Z/C/A、IL-2、IL-2@Z/C/A 的 XRD 图谱。(i 和 j) ZIF-8、Z/C/A、IL-2、IL-2@Z/C/A 的 XPS 全谱图 (i) 及 Zn 2p 高分辨谱图 (j)。

IL-2@Z/C/A 的 pH响应功能及生物保护性能。(a) IL-2@Z/C/A 的酸触发载药释放示意图。(b-d) IL-2@Z/C/A 在 pH 6.5 和 7.4 下锌 (b)、AIE 光敏剂 (c) 和过氧化氢酶 (d) 的累积释放曲线（n = 3）。(e−g) 未修饰 IL-2 细菌与 IL-2@Z/C/A 在 pH 7.4 和 6.5 下的生长曲线 (e)、活/死染色 (f) 及 IL-2 分泌动力学 (g)（n = 3）。比例尺：50 μm。(h) 酸降解后 Z/C/A 和 IL-2@Z/C/A 的过氧化氢酶活性随时间恢复情况，与游离 CAT 酶对比 (n = 3)。(i) 酸降解后游离 CAT 酶、Z/C/A 和 IL-2@Z/C/A 在 H2O2 分解过程中的溶解氧变化 (n = 3)。(j) 酸降解后 AIE、Z/C/A 和 IL-2@Z/C/A 在白光照射 (50 mW/cm²) 下的 ROS 生成 (n = 3)。(k) 未修饰 IL-2 细菌及 IL-2@Z/C/A 在溶菌酶/EDTA 处理后的细菌存活率 (n = 3)。(l) 游离 CAT 酶和 IL-2@Z/C/A 在蛋白酶 K 消化后的剩余过氧化氢酶活性 (n = 3)。

总结

白细胞介素-2（IL-2）是首个被FDA批准用于治疗转移性黑色素瘤和肾癌的免疫疗法药物，但它的临床应用一直受限于半衰期短、毒性大和肿瘤富集效率低等问题。为了解决这些痛点，研究人员设计了一款由工程化细菌驱动的生物杂交微机器人（IL-2@Z/C/A）。他们选用大肠杆菌Nissle 1917作为活体载体，让其持续分泌经过优化的IL-2变体，再通过仿生矿化技术在菌体表面包裹一层ZIF-8外壳，里面同时装载了具有聚集诱导发光效应的光敏剂和过氧化氢酶。这层外壳就像一个智能保护罩，在血液循环中能防止药物提前泄漏，只有当微机器人随着细菌天然的缺氧靶向性富集到酸性肿瘤微环境时，外壳才会降解，释放出所有治疗组分。

释放出来的锌离子、光触发产生活性氧以及细菌本身携带的病原相关分子模式，三者协同激活了细胞焦亡通路，引发强烈的免疫原性细胞死亡，释放出大量损伤相关分子模式和促炎因子。与此同时，过氧化氢酶分解肿瘤内源的过氧化氢产生氧气，有效缓解了缺氧状态，抑制了HIF-1α介导的免疫抑制。在B16F10黑色素瘤模型上，这套组合拳配合PD-L1抑制剂，不仅实现了近乎完全的肿瘤消退，还成功逆转了T细胞耗竭，将原本免疫“冷”肿瘤转化成了炎症“热”肿瘤。这项研究为突破IL-2疗法的临床瓶颈提供了全新思路。

DOI: 10.1021/acsnano.5c21475