銅死亡（cuproptosis）是一種可能觸發免疫治療的新型細胞死亡形式，其機制是過量銅離子直接結合線粒體三羧酸循環中的硫辛?；M分，導致二氫硫辛酸-乙酰轉移酶（DLAT）聚集，最終因相關毒性作用引發細胞死亡。但現有的銅基納米材料無法有效誘導銅離子聚集，銅離子易被轉運出細胞，致使銅死亡效率低下。因此，亟需一種能夠誘導銅死亡的材料，以逆轉免疫抑制性腫瘤微環境并清除腫瘤細胞。

基于銅的半導體鐵電材料有望通過鐵電效應被細胞吞噬，從而誘發細胞凋亡。通過工程化金屬空位，可以調控p型半導體的催化響應，增強表面電荷傳輸。本研究制備了具有豐富銅空位（VCU）且具有優異壓電和鐵電特性的納米材料BCO-VCU，能通過控制蛋白打開細胞膜并關閉Cu+外流通道，從而加劇銅死亡并觸發后續的免疫反應。VCU的引入改善了壓電特性和鐵電剩余極化，相應優化的BCO-VCU也表現出高鐵電催化性能和初始極化強度。由此產生的強內置電場為載流子遷移提供了驅動力，高效催化生成活性氧（ROS）誘導細胞死亡。密度泛函理論（DFT）計算揭示了Bi2CuO4（BCO）的半導體類型，VCU是最易形成的空位，這些空位能抑制電子-空穴復合并提高催化效率。這種鐵電效應增加了細胞膜通透性，增強Cu²⁺釋放，改變了鐵氧還蛋白1（FDX1）和DLAT的表達，并增加了三磷酸腺苷（ATP）釋放，這不僅下調了銅離子泵蛋白的表達，從而減少Cu²⁺外排加劇銅死亡，還增加了高遷移率族蛋白B1（HMGB1）的釋放，觸發免疫原性細胞死亡（ICD）并刺激后續免疫反應，進而誘導樹突狀細胞（DCs）成熟及巨噬細胞極化為M1表型，促進殺傷性T細胞分化、免疫微環境重塑及長期免疫記憶的建立。

1.形態學與結構

BCO-VCU納米顆粒是通過水熱法制備BCO納米顆粒后，經O2退火并接枝聚乙二醇（PEG）以增強生物相容性而獲得的。BCO-VCU納米顆粒呈現約120nm×40nm的矩形形貌，該尺寸范圍與增強滲透性和滯留效應相兼容，對于BCO-VCU納米顆粒的有效攝取及其向腫瘤的滲透至關重要。該納米顆粒具有四方晶體結構，表面存在VCU缺陷，表征證實元素分布均勻，且O2退火顯著提升了Cu²⁺含量。

2.鐵電材料催化活性的體外評價

BCO-VCU帶隙較BCO更窄，且其平帶電位更低，表明VCU的引入調整了能帶結構。VCU還增強了BCO的壓電性能和鐵電極化強度，有利于電荷的分離和轉移，能產生更高的催化活性。在催化過程中，超聲波（US）的機械攪拌為電子激發提供了充足能量，可直接激發電子從價帶（VB）到導帶（CB），產生的空穴留在VB內部，載流子根據能帶水平引發氧化還原反應。

谷胱甘肽（GSH）是一種內源性抗氧化劑，BCO-VCU+US能有效耗竭GSH并產生氧氣，破壞細胞氧化還原穩態并緩解腫瘤缺氧微環境。VCU增加了可用于催化的活性位點數量，并抑制了電子-空穴復合，進一步提高了催化效果。同時，其鐵電催化作用可高效生成·OH、·O?⁻和¹O?等多種ROS，這同樣歸因于VCU促進電荷分離，從而促進了電子向O?的轉移和空穴向H?O的轉移，進而促進了ROS的生成。

3.DFT計算

VCU是BCO中最易形成的空位缺陷，能引入缺陷能級使BCO-VCU帶隙變窄，并通過形成低電子密度區捕獲空穴，提升電子-空穴的分離效率。同時，VCU作為活性位點能有效吸附并活化H2O2，降低了·OH生成和O2形成的反應能壘，從而加速了ROS生成與氧氣析出過程。

4.體外釋放Cu²⁺的能力

BCO-VCU納米顆粒在多種生理介質中均表現出良好的分散性與穩定性。其銅離子釋放行為具有環境響應性：在中性條件（pH 7.2）下幾乎不釋放，確保了其在體循環中的結構穩定性；而在弱酸性條件（pH 6.4）下，空位缺陷促進了Bi-Cu-O鍵的斷裂，BCO-VCU會緩慢釋放銅離子，且釋放量高于無空位的BCO，這為其在腫瘤治療中的應用提供了重要優勢，US處理則通過能量輸入進一步加速了這一釋放過程。

5.體外凋亡與銅誘導凋亡的評價

BCO-VCU表現出了良好的安全性及生物相容性，能被細胞快速內吞。體外實驗表明，BCO-VCU在US激活下，能通過鐵電催化效應有效誘導腫瘤細胞發生凋亡和銅死亡，并激發后續的免疫反應。具體來說，在US激活下，其產生的鐵電效應一方面通過增強細胞膜通透性，促進Ca²⁺內流引發鈣超載；另一方面催化產生大量ROS，導致線粒體損傷，并通過調節Bax/Bcl-2等蛋白表達誘導細胞凋亡。同時，BCO-VCU還能在細胞內觸發銅死亡，即通過釋放Cu²⁺、消耗GSH、產生O2、引起關鍵蛋白FDX1/LIAS表達下調和DLAT異常寡聚，導致獨特的線粒體毒性。細胞凋亡和銅死亡后釋放ATP和促炎介質HMGB1，有效誘導ICD，增強DCs活化，激活NF-KB信號通路并導致巨噬細胞M1極化，為激發抗腫瘤免疫應答奠定了基礎。

6.體內抗腫瘤作用

BCO-VCU憑借其高原子序數元素鉍（Bi）的存在，在體內表現出優異的CT成像能力，在靜脈注射后能在腫瘤部位有效富集和長時間滯留.同時，該材料也可作為T1加權磁共振成像（MR）的對比劑，在注射8小時后于腫瘤區域達到信號強度峰值。在治療方面，通過雙側荷瘤小鼠模型證實，BCO-VCU在US激活下不僅能顯著抑制原發性腫瘤和遠處轉移瘤的增殖，還能通過鐵電效應激活系統性抗腫瘤免疫應答，包括促進DCs成熟、增加CD4⁺和CD8⁺ T細胞的浸潤、誘導巨噬細胞向M1型極化，并降低調節性T細胞（Treg）比例，從而重塑腫瘤免疫微環境。此外，該治療未引起其他主要器官的明顯損傷、炎癥反應或血液生化指標異常，顯示出良好的生物安全性。

7.治療分子機制

經BCO-VCU+US處理的小鼠腫瘤組織與對照組的RNA轉錄分析相比共有775個差異表達基因，其中Cxcl3、Cxcl2和Cd4等免疫相關基因顯著上調，而參與谷胱甘肽代謝的Gstm1則下調。這些基因與炎癥反應、免疫細胞分化及氧化應激代謝密切相關。進一步的KEGG和GO富集分析表明，經BCO-VCU+US處理后大量免疫相關通路被激活，包括B細胞受體信號、cAMP信號、細胞因子-細胞因子受體相互作用、Th1/Th2細胞分化以及趨化因子信號通路等。這些通路的激活共同促進了DCs成熟、M1巨噬細胞極化和T細胞分化，并通過抑制腫瘤細胞內GSH代謝增強氧化應激損傷，從而推動腫瘤細胞死亡。

這項研究受鐵電催化啟發，合理設計并工程化了富含VCU的鐵電性BCO-VCU納米顆粒，兼具超高壓電、鐵電性及優異的鐵電催化性能。在US激活下，BCO-VCU能有效引發能帶彎曲和電子-空穴分離并產生高催化活性，導致ROS爆發并誘導細胞凋亡；同時，其鐵電效應增強了細胞膜通透性，促進了BCO-VCU的內吞，進而改變了銅死亡關鍵蛋白FDX1和DLAT的表達，此過程還伴隨ATP的釋放，下調銅離子外排蛋白ATP7A/B的表達，減少Cu⁺外流，加劇銅死亡。細胞凋亡和銅死亡共同激發了ICD，隨之觸發了強烈的后續免疫反應，表現為DCs成熟、巨噬細胞極化為M1表型、CD8+ T細胞分化和細胞毒性T淋巴細胞（CTL）數量增加，最終實現了免疫微環境重塑和免疫記憶，強化了免疫治療效果。