第一作者：沈忻晨

通讯作者：黄雯雯研究员

通讯单位：浙江大学爱丁堡大学联合学院

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202512355

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三阴性乳腺癌（TNBC）是侵袭性强、易转移且预后差的乳腺癌亚型，传统化疗及免疫治疗面临疗效有限、毒副作用显著及复发率高等问题。针对这一难题，浙江大学黄雯雯团队在Advanced Science发表研究论文，报道了一种基于基因工程设计的光响应性原位水凝胶系统。该平台通过可注射的cSELPs（cysteine-tagged silk-elastin-like protein）水凝胶，实现局部光热触发药物释放，并可同时递送化疗药物多柔比星（DOX）与免疫检查点抑制剂抗PD-L1（aPD-L1）抗体，实现局部化疗与免疫治疗的协同调控。动物实验显示，该体系在原位及转移性TNBC模型中均展现显著肿瘤抑制效果，并通过激活系统性免疫将“冷肿瘤”转化为“热肿瘤”，实现远端肿瘤的抑制（abscopal effect）。该水凝胶体系兼具高生物安全性和可控药物释放特性，为晚期及转移性TNBC提供了高效可转化的治疗策略。

背景介绍

TNBC缺乏雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）及人表皮生长因子受体2（HER2）表达，占乳腺癌的15–20%，其临床表现为早发、增殖快、易转移，预后差。化疗虽为TNBC的主要治疗手段，但高复发率和耐药性显著。近年来，免疫检查点抑制（ICB）作为新兴免疫治疗策略，通过aPD-L1抗体阻断免疫抑制信号，可激活T细胞杀伤功能。然而，在晚期或转移性TNBC患者中，ICB疗效仍有限，部分原因在于肿瘤微环境（TME）免疫抑制性强，以及系统性给药易导致低靶向性和高毒副作用。针对这一问题，局部给药策略提供了潜在解决方案。原位可注射水凝胶能够在病灶部位形成高度水合的三维网络，实现药物局部滞留与可控释放，从而延长药物作用时间、减少重复给药并提高患者耐受性。更进一步，通过引入温敏或光热响应功能，水凝胶可以实现刺激响应式药物释放，增强治疗可控性。然而，传统热敏聚合物（如PNIPAM）合成工艺复杂、生物相容性有限，且对生理环境信号响应不够灵敏。由此，开发可生物降解、高度相容、易功能化且响应性可调的蛋白基水凝胶，成为构建高效局部药物递送平台的迫切需求。

研究出发点

1）基于合成生物学和计算模拟，设计三嵌段嵌合蛋白cSELPs（丝素蛋白结构域、弹性蛋白结构域、光热剂结合结构域），具备温敏性、酶促交联及光热响应特性。

2）通过引入半胱氨酸残基实现cSELPs对金纳米棒（AuNRs）表面特异性结合，提高AuNRs在体内应用的生物安全性。

3）构建可注射光响应水凝胶c2Y@Au，具备递送大分子及小分子药物的潜力，从而实现局部光热触发的协同化疗-免疫治疗（SPTCI）。

4）通过体内外实验验证cSELPs水凝胶在原位及远端TNBC模型中的抗肿瘤效果和免疫激活能力，并评估生物安全性。

图文解析

如图1所示，利用合成生物学与蛋白工程方法，构建了三嵌段嵌合蛋白cSELPs。该蛋白由三个功能模块组成：温敏性弹性蛋白结构域、提供物理交联的丝素蛋白结构域以及可与光热剂结合的特异性结构域。通过这一设计，cSELPs能够在生理条件下实现原位凝胶化，同时响应近红外光诱导药物释放。该系统可同步递送化疗药物多柔比星（DOX）和免疫检查点抑制剂aPD-L1抗体，从而实现局部化疗与免疫治疗的协同作用。基于此，研究者提出了SPTCI策略，通过温和光热调控药物释放并重塑TME，促进机体免疫激活，将免疫“冷肿瘤”转化为“热肿瘤”。

图1. 蛋白设计及基于cSELPs的多模式TNBC治疗策略示意图。

在机制研究中，通过结合分子动力学模拟与多种光谱及表面分析技术，系统解析了cSELPs与金纳米棒（AuNRs）的相互作用模式（图2）。结果显示，引入半胱氨酸残基显著增强了蛋白对AuNR表面的锚定能力，使c2Y能够稳定替代CTAB层，同时在维持优良光热性能的基础上降低细胞毒性。这一发现为构建稳定、高生物相容性的光热响应体系提供了理论与实验依据。

图2. 金纳米棒的温敏蛋白表面修饰及表征。

将cSELP与AuNRs构建的c2Y@Au水凝胶在37 ℃下通过温度与酶促交联形成多孔网络结构。扫描电镜（SEM）和元素分布分析显示，AuNRs均匀分散于水凝胶网络中，保证了光热转化的均匀性。光热实验表明，水凝胶在NIR照射下温升可达40 ℃以上，可多次循环且稳定，证明光热响应可控且重复使用性良好。

图3. 光热响应性cSELPs水凝胶的形成与性能表征。

在药物释放实验中，c2Y@Au/DOX水凝胶表现出明显的温度依赖性释放：恒温条件下释放缓慢，808 nm近红外照射后实现快速、可控的爆发式释放。IgG模型大分子药物释放实验表明，该体系不仅适用于小分子化疗药物，也可有效递送免疫制剂（如aPD-L1抗体）。此外，水凝胶在光照下展现显著抗菌活性，对E. coli完全灭活，提示其在术后感染防控中具有潜在应用价值。

图4. c2Y@Au水凝胶的光热触发药物控释与抗菌性能表征。

在原位乳腺癌小鼠模型中，c2Y@Au/DOX/aPD-L1 + NIR组肿瘤抑制率达到84.2%，显著高于对照组。免疫分析显示，该治疗组TME中CD8⁺ T细胞浸润显著增加，促使“冷肿瘤”向“热肿瘤”转化，从而增强抗PD-L1免疫治疗响应，实现化疗、光热与免疫的协同抗肿瘤效应。

图5. 原位乳腺癌模型中的治疗与免疫激活。

在双肿瘤小鼠模型中，仅对原发肿瘤实施局部c2Y@Au/DOX/aPD-L1 + NIR治疗，远端未照射肿瘤体积明显缩小。流式细胞分析显示，远端肿瘤及脾脏中CD8⁺ T细胞比例升高，表明该体系可诱导系统性免疫激活，产生典型远隔效应（abscopal effect），有效抑制转移灶生长。

图6. 远端乳腺癌模型中的治疗与免疫激活。

体外实验显示，c2Y水凝胶对乳腺上皮细胞无明显毒性。健康小鼠注射c2Y@Au水凝胶后，血液学指标保持在正常范围，进一步验证了体系的良好生物安全性。组织学分析显示，治疗组主要脏器切片与未治疗肿瘤组相比未出现明显炎症浸润或组织结构损伤，表明该体系在治疗过程中未引发额外的系统性毒性。ICP-MS结果显示，Au主要滞留于注射部位，在主要脏器中未检测到显著积累，证明该体系在体内具有良好的生物相容性和安全性。

图7. 体系生物相容性与体内长期安全性验证。

总结与展望

本研究通过蛋白序列层面的理性设计与多功能模块整合，构建了可注射、原位成型的cSELPs水凝胶平台，实现光热响应、药物控释与免疫调控的协同功能。该体系在原位及转移性TNBC模型中均表现出优异疗效与良好安全性，验证了“局部治疗–系统免疫激活”的多模式治疗策略。此外，c2Y@Au水凝胶的设计理念为生物医学应用提供了广阔空间。该平台不仅可作为多功能药物载体，还具备术后感染防控的潜力。通过调控蛋白序列、侧链修饰及功能基团引入，cSELPs平台可进一步拓展响应特性，适用于更多癌症及疾病模型的治疗。总体而言，这一基于基因工程蛋白的可编程水凝胶系统为功能材料设计和多模式治疗策略提供了新思路，并展现出在精准医学中的广阔应用前景。

课题组介绍

黄雯雯课题组主页：https://wenwenhuang.com/people/

原文信息

X. Shen, J. Zhang, J. Ou, et al. “ Genetically Engineered Light-Responsive In Situ Hydrogels for Immunomodulation and Multimodal Therapy in Metastatic Triple-Negative Breast Cancer.” Adv. Sci. (2025): e12355. https://doi.org/10.1002/advs.202512355