肝細胞癌（HCC）是全球范圍內普遍且致死率高的惡性腫瘤。多數患者確診時已失去手術機會，而射頻消融、經導管動脈化療栓塞等現有局部療法對正常肝組織有損傷且療效不精確。近年來，靶向藥物和免疫療法發展迅速，但由于HCC腫瘤異質性高，對免疫治療的反應差異巨大。聲動力療法（SDT）作為一種非侵入性的精準治療手段，利用聲敏劑在超聲作用下產生活性氧（ROS）殺傷腫瘤，為局部治療和重塑免疫抑制性腫瘤微環境（TME）帶來了希望。然而，SDT的臨床應用受限于有效水溶性聲敏劑的缺乏以及超聲能量轉換效率低等問題。同時，SDT局部產生的ROS能否逆轉HCC缺氧微環境導致的治療耐受并調節免疫細胞分化與浸潤尚不清楚。

金屬有機框架（MOFs）因其多孔性和高負載能力成為有潛力的聲敏劑載體，但其水溶性和生物相容性有待改善。酞菁類化合物因其卟啉環結構是良好的光敏劑和聲敏劑，但其生物相容性和光穩定性限制了應用。本研究設計了一種新型的酞菁-鋯基MOF雜化物（Pc@Zr-MOF），旨在通過協同SDT治療HCC，利用增強的ROS產生逆轉缺氧耐受和免疫抑制狀態。

免疫治療對HCC的療效差異大，與腫瘤細胞的高度異質性有關。通過單細胞測序分析，將低反應性腫瘤細胞分為八個不同亞群。為重塑腫瘤細胞集群和微環境，需設計策略減少其中的免疫抑制細胞亞群比例。本研究合成了具有良好水溶性的Zr-MOF，并用聚乙二醇（PEG）進行表面修飾以保證溶液穩定性，然后將鋅酞菁（Zn-Pc）負載到Zr-MOF的孔道中作為聲敏增強劑，形成Pc@Zr-MOF。負載率經計算為34%。掃描電鏡和透射電鏡表征顯示了其形貌，元素分布分析證實了Zn-Pc在MOF表面的負載。動態光散射顯示其平均流體動力學尺寸約為100納米，電位測試顯示了逐步合成中溶液電位的變化。X射線衍射、傅里葉變換紅外光譜和核磁共振氫譜分析均證實了Zn-Pc的成功負載。溶液穩定性與溶血測試表明該體系具有良好的生物相容性。

通過自旋極化密度泛函理論計算，研究了該復合體系在超聲作用下的催化反應可行性。基于壓電原理，Pc@Zr-MOF復合結構在超聲作用下產生持續的電子-空穴對遷移與分離，從而實現高效的¹O₂和羥基自由基（•OH）生成。

為評估細胞攝取效率，熒光顯微鏡觀察顯示，與衍生物水溶液相比，經Pc@Zr-MOF處理的細胞熒光強度顯著更高，表明其具有更高的細胞攝取率，這對確保聲動力療法所需的細胞內聲敏劑濃度至關重要。細胞計數試劑盒-8（CCK-8）實驗表明，在沒有超聲時，Pc@Zr-MOF細胞毒性極低，顯示高生物相容性；但當與超聲結合時，細胞活力顯著降低，證明了其協同誘導癌細胞死亡的能力。活/死細胞熒光染色進一步證實，經Pc@Zr-MOF和超聲處理的組別中死細胞比例更高。使用DCFH-DA染色評估細胞內ROS生成，發現Pc@Zr-MOF加超聲組別的熒光強度顯著高于其他組，且ROS產生隨超聲暴露時間延長而增加。

在異體移植HCC小鼠模型中評估了Pc@Zr-MOF的體內抗腫瘤療效。實驗表明，經Pc@Zr-MOF與PD-L1抑制劑聯合超聲治療的組別，腫瘤體積和重量均顯著小于其他組，且小鼠體重無顯著下降，表明其系統毒性低。免疫組化分析顯示，該組腫瘤Ki-67染色減少（表明增殖降低），CD3⁺T細胞和CD11b⁺髓系細胞浸潤增加。免疫熒光成像也揭示了腫瘤微環境的顯著重塑。這些結果表明，Pc@Zr-MOF介導的SDT不僅能通過ROS直接殺死腫瘤細胞，還能刺激免疫系統對抗殘余癌細胞。

為闡明治療效果的細胞分子機制，對處理后的腫瘤進行了單細胞RNA測序。與單用免疫治療的對照組相比，經增強SDT處理的腫瘤組織細胞群表現出顯著的亞群差異。差異基因表達分析顯示，腫瘤細胞中增殖相關基因（如MKI67， TOP2A）顯著下調，促凋亡基因（如CASP3， BAX）上調，表明Pc@Zr-MOF有效抑制腫瘤生長并誘導凋亡。火山圖分析進一步顯示免疫激活基因（如IFNG， CXCL10）上調和免疫抑制基因（如TGFB1， VEGFA）下調。比較細胞亞群比例發現，細胞毒性T細胞和自然殺傷（NK）細胞增加，同時調節性T細胞（Tregs）和腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）減少，表明腫瘤微環境向免疫刺激狀態轉變。基因集富集分析支持了這些發現，顯示免疫相關通路富集而促腫瘤通路被抑制。

對腫瘤組織進行更深入的免疫庫測序分析后發現，Pc@Zr-MOF介導的SDT后，巨噬細胞亞群發生了顯著的重編程。通過基因表達譜鑒定了三個主要的巨噬細胞亞群：Igfbp4、Ccl8和Tgfbi亞群。研究發現M1型巨噬細胞比例顯著增加，其特征是促炎細胞因子和抗原呈遞分子高表達；同時M2型巨噬細胞比例顯著下降，其特征基因下調。偽時間軌跡分析揭示了巨噬細胞表型的動態重編程，細胞經歷分叉分化：一支向促炎M1極化，另一支則偏離免疫抑制M2狀態。進一步的免疫熒光分析顯示，經增強SDT治療后，HCC組織中抗原呈遞標記CD1c和T細胞激活標記CD80的表達顯著增加，表明極化的M1細胞和抗原呈遞細胞有效逆轉了局部腫瘤微環境。巨噬細胞亞群差異基因的偽時間序列分析顯示，在巨噬細胞重編程過程中，抗原呈遞相關基因表達傾向于過表達，而抑制基因表達被抑制。

為了解T細胞在腫瘤微環境中的變化與浸潤，對T細胞受體相關細胞進行了注釋和比較。T淋巴細胞被注釋為四個亞群。細胞分化的偽時間序列分析揭示了T細胞分化的終點遠比巨噬細胞復雜。仔細比較T細胞及其亞群治療前后的轉錄組差異基因發現，核糖體相關基因呈下調趨勢，這可能是增強聲動力療法抑制腫瘤分化和增殖的主要方式之一。進一步的腫瘤組織免疫熒光切片分析顯示，樹突狀細胞（DC）被巨噬細胞和T細胞調節激活，隨后富集于腫瘤組織中，幫助機體獲得長期抗腫瘤免疫力。通過T細胞亞群分化時間的偽時間分析發現，在SDT刺激下，CD8⁺T細胞表現出更早的分化趨勢，而調節性T細胞表現出較晚的分化趨勢。流式細胞術驗證了測序顯示的細胞集群變化。

通過分析SDT中差異基因的富集通路，觀察到ROS主要影響HCC組織內細胞器相關基因的表達。具體而言，ROS介導的胞質蛋白表達調控在調節細胞內和細胞外通訊中起關鍵作用，最終影響腫瘤細胞分化和增殖。這種調控機制凸顯了ROS不僅在直接損傷腫瘤細胞，而且在重塑細胞微環境以抑制腫瘤進展方面的雙重作用。此外，抗原呈遞細胞（APCs，包括M1巨噬細胞和活化的樹突狀細胞）的激活被發現在維持抗腫瘤免疫力中起關鍵作用。這些APCs通過激活細胞毒性T細胞來增強ROS基SDT的療效。富集分析進一步揭示，ROS主要通過調節核糖體相關基因來影響T細胞，這些基因對于促進CD8⁺T細胞的分化和成熟至關重要。這表明ROS不僅直接靶向腫瘤細胞，還通過促進細胞毒性T細胞的發育來增強適應性免疫反應。此外，觀察到SDT前后細胞通訊模式的差異，揭示了腫瘤細胞亞群之間不同的分化趨勢。傾向于凋亡的腫瘤細胞亞群表現出活躍的細胞通訊，而其他亞群則呈現程序性細胞死亡表型。

HCC腫瘤具有顯著的內部異質性和免疫微環境抑制，導致免疫治療反應差異和低反應性。盡管SDT策略近年來被引入腫瘤精準治療，但仍存在一些未解決的問題和需要闡明的機制。Pc@Zr-MOF的開發在協同SDT治療HCC中重塑了細胞亞群分化和腫瘤微環境。本研究結果表明，這種新型雜化材料不僅能增強ROS生成，還能調節腫瘤免疫微環境，從而改善治療效果。Pc@Zr-MOF促進M1巨噬細胞極化和細胞毒性T細胞激活的能力，突顯了其克服HCC免疫抑制特性的潛力。這種直接腫瘤細胞殺傷與免疫調節相結合的雙重作用機制，為解決當前療法的局限性提供了一種有前景的策略。

近年來MOF基SDT的進展主要集中于提高ROS產量，而我們的Pc@Zr-MOF體系獨特地將高效的聲敏化與單細胞分辨的免疫重編程相結合。與先前表現出有限缺氧適應性的常規卟啉-MOFs不同，我們的設計整合了類過氧化氫酶活性和代謝調節以克服腫瘤特異性屏障。這種多模式方法為SDT平臺建立了新范式，即通過機制理解共同優化材料特性和免疫學結果。我們的Pc@Zr-MOF設計原理源于克服HCC治療中兩個關鍵局限性的需要：缺氧誘導的治療抵抗和免疫激活不足。與先前的MOF基聲敏劑相比，我們的系統由于Zr-MOF的優化聲學特性和Zn-Pc紅移吸收的更深組織穿透性，表現出更優的深度穿透性。該平臺與免疫檢查點抑制劑或抗血管生成療法聯合顯示出強大潛力。重要的是，這項工作首次將單細胞分辨免疫分析與MOF基聲敏劑設計相結合，推動了SDT領域發展，為理解SDT誘導的免疫調節機制設立了新標準。

本研究展示了Pc@Zr-MOF作為新型SDT劑治療HCC的變革潛力，它結合了酞菁和金屬有機框架的獨特特性，在超聲激活下增強ROS生成，同時重編程腫瘤免疫微環境。通過解決缺氧誘導的抵抗和免疫抑制等關鍵挑戰，Pc@Zr-MOF實現了直接腫瘤細胞殺傷和免疫細胞重編程的雙重作用機制，通過M1巨噬細胞極化、細胞毒性T細胞浸潤和抑制免疫抑制細胞群，將腫瘤微環境重塑為更具免疫刺激性的狀態。這項工作不僅推動了SDT領域的發展，也為將其與免疫調節策略（如免疫檢查點抑制劑或過繼性細胞療法）結合以增強抗腫瘤免疫開辟了新途徑。未來的研究應側重于優化遞送和激活參數，在臨床試驗中評估長期療效和安全性，并利用單細胞RNA測序的見解探索在其他實體瘤中的應用。最終，這項研究代表了朝著個性化、多模式癌癥治療邁出的重要一步，這種治療利用物理和生物學機制實現持久的治療結果，為晚期HCC及其他疾病患者帶來了新希望。