针对上述问题，中国科学院长春应用化学研究所任劲松研究员和曲晓刚研究员团队构建了一种叶酸靶向的压电增强生物正交催化纳米系统（FA-BSI@HOFe NCs），通过将氢键有机框架（HOFe）催化剂包覆于压电材料Bi₁₃S₁₈I₂纳米棒（BSI NRs）表面形成核壳异质结构。利用BSI在808 nm激光照射下的热释电效应产生电子-空穴对，协同HOF的π-π堆积结构抑制电子-空穴复合，创造富电子且加热的微环境，显著促进HOFe催化他汀类前药（Pro-SIM）脱保护产生活性药物（SIM）。该原位激活的SIM选择性耗竭肿瘤细胞内胆固醇，联合光热治疗诱导免疫原性细胞死亡（ICD），有效激活树突状细胞成熟并促进CD4⁺/CD8⁺ T细胞浸润，在4T1乳腺癌模型中实现肿瘤生长显著抑制和肺转移完全阻断，同时避免全身脱靶毒性，为胆固醇代谢调控和精准肿瘤免疫治疗提供了新策略。该文章于2025年11月14日以《Piezoelectricity-Potentiated Bioorthogonal Catalysis Disrupts Cholesterol Metabolism for Tumor Immunotherapy》为题发表于《ACS Nano》（DOI：10.1021/acsnano.5c14098）。

方案1. FA-BSI@HOFe生物正交催化剂的构建与功能示意图

（1）BSI@HOF纳米催化剂的制备与表征

BSI@HOF异质结构纳米催化剂通过三步法制备：溶液相法合成Bi₁₃S₁₈I₂纳米棒（BSI NRs，轴向长度约100 nm），APTES氨基功能化修饰，最后与HOFe构建核壳结构。TEM显示BSI@HOF表面粗糙并覆盖壳层（图1b），PXRD证实其同时包含BSI和HOFe特征衍射峰（图1a）。FT-IR显示BSI-APTES成功修饰Si-O、-NH₂和-CH₂振动峰，接枝HOF后在1740 cm⁻¹处出现羧基C=O伸缩振动峰。EDS、元素mapping（图1c）及XPS确认Bi、S、I和Fe元素存在；XPS显示BSI@HOF中Fe 2p、C 1s、N 1s和O 1s结合能相对于HOF负移，证实BSI作为电子供体使自由电子在HOF处积累，界面存在强相互作用。BSI@HOF在pH 5.0和7.4的PBS中保持稳定。

图1. BSI@HOF的表征。（a）BSI、HOFe和BSI@HOF的XRD图谱；（b）BSI@HOF的TEM图像；（c）BSI@HOF的暗场TEM图像及对应的Fe L边、Bi M边、I K边、S K边元素mapping图及合并信号图。

（2）热释电与光热协同增强的生物正交催化活性

以罗丹明110前体（Pro-RH 110）为模型评估BSI@HOF的生物正交催化活性，BSI@HOF在含GSH环境中孵育30 min后荧光强度显著增加，证实其可催化Pro-RH 110脱保护（图2c）；808 nm照射后荧光强度显著增强，而单纯激光或HOFe+激光组催化活性微弱（图2b），这种增强归因于BSI的热释电效应协同光热转换能力对HOF催化效果的促进。不同HOF比例的BSI@HOFx（x=1,2,4,6）中，BSI@HOF₆荧光强度最高（图2d），且BSI@HOF组荧光强度随照射时间显著变化，证实脱笼反应由BSI@HOF催化而非激光直接激活（图2e）。BSI@HOF₆在808 nm处质量消光系数为6.44 L·g⁻¹·cm⁻¹，1.5 W·cm⁻²激光照射8 min下温升显著高于BSI且呈浓度和功率密度依赖性（图2f-h），四次加热/冷却循环后表现出优异光稳定性（图2i），光热转换效率η为38.28%（图2j,k）。

图2. BSI@HOF的催化性能与光热转换性能。（a）BSI@HOF NCs生物正交激活叠氮保护罗丹明110（Pro-RH 110）的示意图；（b）有光（808 nm, 1.5 W·cm⁻²）和（c）无光条件下BSI@HOF+Pro-RH 110的荧光光谱；（d）不同HOF比例（x=1,2,4,6）的BSI@HOFx在激光照射下的荧光曲线；（e）BSI@HOF₆+Pro-RH 110在有光条件下不同时间（5-40 min）的荧光光谱；（f）不同HOF比例的BSI@HOFx在激光照射下的光热曲线；（g）不同浓度（0-200 μg·mL⁻¹）BSI@HOF₆在激光照射下的加热曲线；（h）BSI@HOF₆（200 μg·mL⁻¹）在不同功率密度（0.5-2 W·cm⁻²）激光照射下的加热曲线；（i）BSI@HOF₆在激光照射下的热稳定性；（j）BSI@HOF₆在激光照射下的加热和冷却曲线及（k）根据冷却期计算的拟合线性数据。

（3）细胞摄取、生物相容性与细胞内催化活性

选择具有最优催化性能和光热能力的BSI@HOF₆（记为BSI@HOFe）进行后续研究。BSI@HOFe经叶酸修饰以靶向肿瘤细胞（FA-BSI@HOFe），FTIR证实FA成功偶联，且FA修饰几乎不影响催化能力。CLSM和流式细胞术显示FA修饰组细胞摄取效率显著高于未修饰组。MTT实验显示FA-BSI@HOFe在12.5-100 μg·mL⁻¹浓度范围内对4T1细胞和3T3细胞均表现出高生物相容性，808 nm激光照射对4T1细胞无显著毒性。 以Pro-RH 110为模型反应测试细胞内催化活性。荧光成像显示激光照射下NCs处理组呈现强绿色荧光，无激光组仅见微弱荧光（图3a）。流式细胞术定量显示FA-BSI@HOFe+光照组荧光强度约为无激光组的3.6倍（图3b），证实FA-BSI@HOFe利用光增强生物正交催化反应活性。

图3. BSI@HOFe在细胞内的生物正交催化性能。（a）4T1细胞与BSI@HOFe和Pro-RH 110孵育后的荧光图像，有光或无光条件；DAPI（蓝色）：细胞核；FITC（绿色）：RH 110；比例尺=20 μm；（b）细胞流式细胞术分析，插图：各处理组细胞的定量分析（n=3）；（c）膜和（d）细胞内相对胆固醇水平（n=3）；（e）细胞毒性评估（n=3）及（f）4T1细胞在不同培养环境中的活/死分析；Calcein AM（绿色）：活细胞；PI（红色）：死细胞；比例尺=100 μm。

（4）体外胆固醇耗竭与协同抗肿瘤效应

LC-MS分析证实FA-BSI@HOFe可在4T1细胞内激活Pro-SIM，细胞活力实验显示Pro-SIM（IC₅₀=2.08 μM）毒性比SIM（IC₅₀=11 nM）低约190倍。各组细胞膜胆固醇水平几乎相同（图3c），FA-BSI@HOFe+Pro-SIM处理组细胞内胆固醇轻度下调（图3d），而FA-BSI@HOFe+Pro-SIM+光照组表现出极低的相对细胞内胆固醇水平，归因于压电材料在光照下增强的生物正交催化活性。MTT实验显示FA-BSI@HOFe+光照组对细胞活力有中等抑制作用，FA-BSI@HOFe+Pro-SIM+光照组细胞活力降至26.1%（图3e），光照或Pro-SIM+光照组细胞活力几乎不受影响。活/死双染色实验显示FA-BSI@HOFe+Pro-SIM+光照组出现大量红色信号和少量绿色信号（图3f）。

（5）体外免疫原性细胞死亡诱导与树突状细胞成熟

PBS+光照或SIM+光照组无CRT暴露，FA-BSI+Pro-SIM+光照处理后仅少量CRT转位至细胞膜，而FA-BSI@HOFe+Pro-SIM+光照组CRT暴露显著增加（图4a）；该处理组细胞核内HMGB1红色信号减弱（图4b），细胞内ATP水平分别降低32.1%和56.8%（图4c）。流式细胞术显示FA-BSI@HOFe+Pro-SIM+光照预处理组的BMDC中CD80和CD86水平分别是FA-BSI+Pro-SIM+光照组的1.8倍和3.7倍（图4d-f），表明FA-BSI@HOFe诱导的降胆固醇联合ICD刺激可有效引发DC激活和成熟。

图4. 生物正交催化FA-BSI@HOFe诱导的肿瘤细胞ICD和BMDC激活。（a）CRT（红色）和（b）HMGB1（红色）的4T1细胞免疫荧光染色；DAPI（蓝色）：细胞核；比例尺=50 μm；（c）4T1细胞内ATP水平检测（n=3）；（d）与预处理肿瘤细胞共孵育后BMDC上CD80和CD86表达的流式细胞术评估；（e）CD80和（f）CD86在BMDC上表达的定量分析（n=3）。

（6）体内生物分布、生物相容性与抗肿瘤疗效

溶血实验显示FA-BSI@HOFe符合ISO 10993-4标准，28天治疗后小鼠生长未受显著影响，血液生化、血液学分析及主要器官H&E染色均显示高组织相容性。Cy3标记的FA-BSI@HOFe静脉注射后6 h大量富集于肿瘤区域。在orthotopic 4T1乳腺癌模型中（图5a），PBS+光照和Pro-SIM+光照组肿瘤生长迅速，FA-BSI@HOFe+光照或FA-BSI@HOFe+Pro-SIM组表现出一定治疗效果但无法有效抑制肿瘤生长，而FA-BSI@HOFe+Pro-SIM+光照组肿瘤生长受到强烈抑制（图5b），H&E染色显示该组广泛凋亡和典型组织病理损伤（图5d），TUNEL检测显示细胞凋亡程度最严重（图5e），CRT暴露、HMGB1释放和胞外ATP分泌显著增强证实ICD诱导，各组小鼠体重波动可忽略（图5c）且主要器官无明显病理变化。

图5. FA-BSI@HOFe在4T1模型中的体内肿瘤抑制。（a）肿瘤治疗时间线示意图；（b）不同制剂处理的orthotopic-4T1荷瘤小鼠的肿瘤生长曲线及（c）体重变化（n=5）；（d）肿瘤组织的典型H&E染色和（e）TUNEL染色图像；比例尺=100 μm。

（7）体内抗肿瘤免疫与转移抑制

FA-BSI@HOFe+Pro-SIM+光照处理后CD80和CD86荧光显著增强（图6a），该组TNF-α和IFN-γ水平最高（图6b,c），CD8抗体红色荧光强度显著强于其他组（图6d），流式细胞术显示CD4⁺和CD8⁺T细胞群显著增加。肺转移模型中，FA-BSI@HOFe+Pro-SIM+光照治疗组无转移灶，而FA-BSI@HOFe+Pro-SIM组肺切片显示一定程度的癌变（图6e），表明FA-BSI@HOFe介导的前药激活联合光热效应不仅增强了抗癌能力，还表现出满意的肺转移抑制性能。

图6. FA-BSI@HOFe在4T1小鼠中的免疫激活与抗转移性能。（a）不同处理小鼠肿瘤切片中CD80（红色）和CD86（绿色）的免疫荧光图像（蓝色：细胞核）；比例尺=200 μm；（b）TNF-α和（c）IFN-γ细胞因子分泌的ELISA测定（n=3）；（d）肿瘤组织中CD8的免疫荧光图像（红色：CD8，蓝色：细胞核）；比例尺=200 μm；（e）不同处理后小鼠终止时的代表性肺组织；比例尺=1 mm。