Adv Mater：深圳先进院阎锡蕴院士团队设计合成用于鼻咽癌靶向催化治疗的单原子纳米酶

近日，中国科学院深圳先进技术研究院阎锡蕴院士课题组在 Advanced Materials 上发表了题为 Employing Noble Metal–Porphyrins to Engineer Robust and Highly Active Single-Atom Nanozymes for Targeted Catalytic Therapy in Nasopharyngeal Carcinoma 的研究论文。该研究利用贵金属-卟啉系统合成了高活性和稳定的单原子纳米酶。通过锚定在卟啉中心的金属–N 原子配位，成功合成了四种贵金属-卟啉（MxP，x 代表 Pt、Pd、Ru、Ir），以模拟天然过氧化物酶的活性位点。并且设计了一种针对 EB 病毒相关的鼻咽癌的靶向单原子纳米酶（MIrPHE）。这项研究不仅提出了增强单原子纳米酶的催化活性和化学稳定性的创新策略，而且还强调了 MIrP 作为一种有效的纳米药物用于靶向催化肿瘤治疗的巨大潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202310033

纳米酶是一类既有纳米材料的独特性能，又有催化功能的模拟酶。纳米酶具有催化效率高、稳定、经济和规模化制备的特点，它在医学、化工、食品、农业和环境等领域得到广泛应用。然而，纳米酶通常具有较低密度的活性位点和不均匀的元素组成，导致其催化活性远低于天然酶。单原子催化理念的提出促进了具有精确配位结构的单原子纳米酶（SANzymes）的发展。原子级分散既提高了金属原子的利用效率，又增加了活性位点的数量。同时，明确的配位结构为研究纳米酶的催化机制提供了可靠模型。相比于催化活性，对 SANzymes 在催化反应中的化学稳定性的研究较少。特定酸碱溶液或气体环境下会导致 SANzymes 的活性位点脱落和中毒。此外，单原子的金属表面自由能较高，容易引起活性位点的聚集，进一步降低活性下降。因此，合成兼具高活性和化学稳定性的 SANzymes 是其大规模应用的必要条件。

在本文中，作者整合了贵金属-卟啉系统和金属有机框架（MOF）的优势，从头合成了 4 种贵金属-卟啉 MOF SANzymes（MxP，x 代表 Pt、Pd、Ru、Ir），它们具有单原子分散和化学结构坚固的特征。通过对其进行类过氧化物酶（POD）活性筛选和靶向修饰，实现了对 EB 病毒相关鼻咽癌的精准靶向催化治疗（图 1）。

图 1 | MxP 的合成和靶向修饰策略（a）及其在 EB 病毒相关鼻咽癌的靶向催化治疗中的应用（b）

研究首先对所制备的纳米酶进行了系统性表征（图 2），透射电镜及动态光散射等形貌分析揭示了 MxP 均呈近球形，粒径约为 150 nm。通过球差电镜和元素表征分析，证明了所制备的 MIrP 和经典的 MFeP 上的各元素分布均匀，特别是活性位点的金属均呈单原子态，负载量依次为 Fe（6.17 wt%）， Ir（5.45 wt%）， Ru（5.26 wt%），Pt（8.39 wt%）和 Pd（7.66 wt%）。

图 2 | MxP 的形貌和元素表征

随后，研究人员对 MxP 的 POD 活性进行了评估（图 3）。研究发现 MIrP 的催化活性远高于其他的 MxP 和经典的 MFeP，其最适催化温度和 pH 范围均优于天然辣根过氧化物酶（HRP）。相比于 MFeP，MIrP 能够催化 H2O2 产生更高强度的自由基。重要的是，研究发现 MIrP 的比活力（Specific activity）为 685.61 U mg−1，约为天然 HRP 酶（267.71 U mg−1）的 2.6 倍。据了解，MIrP 是目前所有报道的 SANzymes 中 POD 活性最高的纳米酶。

图 3 | MxP 的 POD 活性表征

化学稳定性一直是 SANzymes 研究领域内不可忽略的问题。为了评估 MIrP 是否能克服这一缺陷，接下来研究人员对 MIrP 和 MFeP 进行了 0-16 周的常温储存，并检测了材料在不同储存时间的吸收特征和催化性能（图 4）。结果显示不同储存时间的 MIrP 在 420 nm 处均表现出稳定的吸收峰。相比之下，MFeP 的吸收峰在储存 8 周后明显下降，并在 16 周后衰减更加明显。0-1 mM 的 H2O2 处理后，MIrP 的紫外-可见吸收光谱和催化活性几乎无变化。相反，随着 H2O2 浓度的增加，MFeP 的吸收峰和催化性能逐渐减弱。

图 4 | MIrP 的化学稳定性测试

最后，研究人员系统性评估了 MIrPHE 的体内抗肿瘤性能（图 5）。通过在 MIrP 表面修饰 EB 病毒编码的 LMP1 的天然配体 (−)-Epigallocatechin-3-Gallate，成功构建出能够靶向 EB 病毒相关鼻咽癌的纳米酶（MIrPHE）。实验结果显示 MIrPHE 能够精确定位到肿瘤部位，基于超高的 POD 活性实现了出色的抗肿瘤作用。此外，MIrPHE 还表现出高度的组织相容性和生物安全性。

图 5 | 体内实验评估 MIrPHE 的肿瘤靶向催化治疗效果

综上，本研究制备了多种贵金属-卟啉，以产生高活性和稳定的 SANzymes，将开发的贵金属-卟啉进一步整合到稳定且生物安全的 Zr-MOF 中，为设计和合成高性能、稳定的 SANzymes 作为天然酶的替代品提供了宝贵的见解，并且所筛选的 MIrP 显示出突出的抗肿瘤作用。

本文的共同第一作者为中国科学院深圳先进技术研究院阎锡蕴课题组助理研究员王大吉、王杰，江西师范大学副教授高雪娇和深圳市第二人民医院副研究员丁辉，通讯作者为深圳先进院客座研究员阎锡蕴，课题组助理研究员王大吉，助理研究员王杰，深圳市第二人民医院教授聂国辉，中国科学院生物物理研究所研究员范克龙作为共同通讯作者。深圳先进院为该论文第一单位。该工作受到国家自然科学基金，国家重点研发计划、广东省基础与应用基础研究基金和深圳合成生物学创新研究院等项目的支持。

课题组招聘：

阎锡蕴课题组现拟招聘具有细胞生物学、合成生物学、材料学、纳米催化、机器学习等相关研究背景博士后。在课题组负责人的指导下，独立开展研究工作。欢迎感兴趣的同志投递简历到 dj.wang1@siat.ac.cn，简历及邮件标题注明「应聘博士后-学校名称-专业-姓名」。

转自：“丁香学术”微信公众号

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