新概念

恶性肿瘤给患者带来巨大的身体、心理和经济负担，而传统治疗方法存在严重副作用、应用条件苛刻和耐药性等问题。因此，具有不依赖肿瘤类型、无创性和高安全性等特点的新型抗肿瘤疗法应运而生。然而，声动力治疗的效率受到肿瘤微环境的严重影响。肿瘤微环境通常具有免疫抑制性，在肿瘤进展、免疫逃逸和治疗抵抗中起关键作用。为此，我们提出了一种基于氢气疗法和声动力治疗的联合治疗策略（BUM）。氢化镁诱导的氢气疗法可通过调节肿瘤微环境，增强基于钛酸钡的声动力治疗效果，提高肿瘤治疗效率。此外，BUM通过将免疫抑制性肿瘤微环境调节为免疫刺激性微环境，增强了aPD-1的疗效。

1. 引言

声动力治疗（SDT）是一种新兴的无创治疗方式，它利用低频、低强度超声刺激声敏剂，从而清除肿瘤细胞。与光、温度、电等其他外源性刺激相比，超声作为一种外源性能量，因其无创性、组织穿透深度大（>10 cm）和副作用小等特点，已成为纳米医学领域的研究热点2-4。它可催化声敏剂在肿瘤细胞中产生细胞毒性活性氧（ROS），通过氧化脂质、破坏蛋白质和损伤DNA来实现抗肿瘤效果5。然而，由于肿瘤微环境的独特属性（低pH值、缺氧）6,7，活性氧的持续产生受到显著限制，导致治疗效果有限8。此外，尽管过去十年中开发了许多性能增强的声敏剂，但其治疗效果仍有进一步提升的空间9,10。因此，将这些敏剂与其他治疗方式（如放大肿瘤氧化应激、调节肿瘤微环境以激活肿瘤免疫的方法）相结合11-14，可能是提高肿瘤治疗效果的有效手段。

氢气作为一种内源性气体，近年来因其优异的安全性、高扩散性以及在多种病理过程中的调节作用而备受关注15-17。在过去几十年中，氢气在多种疾病的治疗中显示出良好的前景，包括肿瘤1,17-21、伤口愈合22,23、动脉粥样硬化24、急性缺血性卒中25、阿尔茨海默病26和关节炎27等。尽管氢气抗肿瘤作用的确切机制尚不清楚，但其治疗效果与病变部位、暴露时间和氢气浓度密切相关。研究表明，低浓度氢气可特异性清除细胞中高毒性的羟基自由基（˙OH）和过氧亚硝酸盐（ONOO⁻），同时保留正常细胞中其他活性氧的生理功能28,29。这使其更适合治疗炎症相关疾病30，但对癌症治疗的作用有限。相反，高浓度氢气可抑制癌细胞的线粒体能量代谢18,31，并破坏细胞内氧化还原稳态，导致活性氧产生增加15,32-34,36，最终诱导肿瘤细胞凋亡，产生更显著的抗肿瘤效果。因此，氢气和活性氧在细胞中并非简单的拮抗作用。活性氧的积累取决于氢气的作用时间和浓度以及细胞状态15,32-34,36。氢气的常见递送方式包括吸入富氢空气、注射富氢盐水和口服富氢水。然而，由于氢气溶解度低且分子体积小，这些传统递送方式往往难以在肿瘤部位达到足够高的氢气浓度，从而限制了其治疗效果。因此，为应对这一挑战，创新策略应运而生，特别是涉及将纳米材料递送至肿瘤部位，并利用内源性或外源性刺激在局部产生氢气31,35。例如，氢化钯（PdH0.2）纳米晶体36、[FeFe]TPP/GEM/FCS纳米催化剂37、氨硼烷（AB）21,38、纳米氢化钙18以及PtBi₂S₃等纳米材料已被用于实现氢气的原位释放，从而提高氢气递送效率，并显示出显著的抗肿瘤效果17,39,40。尽管氢气疗法具有潜力，但单独的氢气疗法在实现最佳治疗效果方面仍存在局限性。因此，将声动力治疗与氢气疗法相结合，可为肿瘤治疗提供一种更精准、有效且毒性更低的方法。然而，如何有效地将氢气疗法与声动力治疗相结合以获得更好的抗癌效果，仍是一个关键挑战。氢化镁是一种固态氢气源，具有高储氢容量41，且可通过水解产生所需的氢气。此外，其副产品氢氧化镁（Mg(OH)₂）可中和酸性肿瘤微环境，且镁离子（Mg²⁺）已被证实在免疫反应中发挥重要作用42。因此，氢化镁已成为一种极具前景的癌症治疗候选药物，值得进一步研究和应用。

本文提出将氢化镁作为一种新型肿瘤治疗剂，与声动力治疗协同使用。首先，通过液相剥离法获得氢化镁纳米颗粒。然后，通过电喷雾法43,44将其制备成氢化镁-聚己内酯（MgH₂-PCL）微球，以实现氢气在肿瘤局部的缓慢释放。通过水热法制备钛酸钡纳米颗粒。随后，将氢化镁-聚己内酯微球和钛酸钡纳米颗粒递送至CT26肿瘤部位。钛酸钡介导的声动力治疗可直接杀死肿瘤细胞。微球中包裹的氢化镁可在肿瘤部位与水反应，产生氢气、氢氧根离子和镁离子。生成的氢气通过诱导肿瘤细胞线粒体功能障碍进一步促进肿瘤细胞凋亡，而氢氧根离子可缓解酸性微环境7。因此，更多的免疫细胞浸润到肿瘤部位，肿瘤免疫抑制微环境得到改善。此外，镁离子可募集更多的CD8⁺T细胞，且aPD-1的使用可增强T细胞的细胞毒性，以获得更好的治疗效果。因此，氢化镁诱导的氢气疗法不仅增强了肿瘤治疗效果、实现了氢气治疗，还实现了酸性肿瘤微环境的中和以及免疫抑制微环境的调节。声动力治疗与氢气疗法的协同作用极大地提高了肿瘤治疗效果。此外，由于肿瘤微环境得到改善，免疫检查点抑制剂（aPD-1）的疗效也得到了增强（图1）。

图1 氢化镁诱导原位氢气治疗通过破坏肿瘤细胞 redox 稳态和调节肿瘤微环境增强声动力治疗的示意图（TCR：T细胞受体）