顆粒在線訊：納米酶（Nanozyme）是一類蘊(yùn)含酶學(xué)特性的納米材料，具有催化活性高、穩(wěn)定、低成本和易于大規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)。自2007年首次報(bào)道Fe3O4納米酶以來(lái)，許多種類納米酶被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并在生化檢測(cè)、環(huán)境管理、疾病診斷等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。隨著研究深入，研究人員發(fā)現(xiàn)納米酶普遍具有多酶活性。雖然多酶活性的級(jí)聯(lián)反應(yīng)為疾病診療提供了新思路，但是也存在納米酶在體內(nèi)的催化活性難以預(yù)測(cè)與調(diào)控的問(wèn)題。同時(shí)，多數(shù)納米酶難以在生物體內(nèi)分解代謝，因此體內(nèi)轉(zhuǎn)化應(yīng)用比較受限。 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院生物物理研究所/納米酶工程實(shí)驗(yàn)室研究員閻錫蘊(yùn)和研究員高利增、范克龍團(tuán)隊(duì)，通過(guò)分析自然界中最主要的幾類氧化鐵，發(fā)現(xiàn)水鐵礦(Fe5HO8·4H2O)是一種相對(duì)專一的類過(guò)氧化氫納米酶，并且可以被細(xì)胞有效分解代謝，具有良好的生物相容性。這一發(fā)現(xiàn)為突破納米酶體內(nèi)應(yīng)用的瓶頸提供了一種新思路。 

　　研究發(fā)現(xiàn)，相比于其他形式的氧化鐵材料，水鐵礦具有最高的類過(guò)氧化氫酶活性，且其催化效率在pH 4.0~8.7的范圍內(nèi)保持恒定。值得關(guān)注的是，傳統(tǒng)Fe3O4納米酶在酸性條件下具有顯著的類過(guò)氧化物酶活性，而水鐵礦的類過(guò)氧化物酶活性卻微乎其微。另外，水鐵礦也幾乎不具有超氧化物歧化酶與氧化酶等其他類酶活性。這種相對(duì)專一的催化活性使得水鐵礦納米酶作為一種研究類過(guò)氧化氫酶活性的模式材料成為可能。

　　為了深入研究高活性水鐵礦納米酶的催化機(jī)制，研究人員對(duì)比分析了多種氧化鐵材料的各項(xiàng)理化參數(shù)與類酶活性之間的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果表明，氧化鐵表面鐵合羥基的豐度與類過(guò)氧化氫酶活性之間存在指數(shù)相關(guān)關(guān)系。相比于其他氧化鐵，水鐵礦的表面含有豐富的鐵合羥基。第一性原理計(jì)算分析表明，這些鐵合羥基基團(tuán)在促進(jìn)H2O2分解產(chǎn)生O2的過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。在一個(gè)完整的水鐵礦過(guò)氧化氫納米酶催化循環(huán)過(guò)程中，首先鐵合羥基基團(tuán)通過(guò)產(chǎn)生H空位的方式促使一個(gè)H2O2分子堿式分解；當(dāng)?shù)诙€(gè)H2O2分子靠近催化中心時(shí)，H空位可以較容易奪取過(guò)氧化氫中的氫元素，從而促使它酸式分解產(chǎn)生O2。通過(guò)在合成過(guò)程中調(diào)控水鐵礦的表面羥基豐度，可以規(guī)律性地調(diào)節(jié)水鐵礦的類過(guò)氧化氫酶活性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算結(jié)果表明，表面鐵和鐵合羥基形成的催化中心可能是水鐵礦過(guò)氧化氫納米酶的類酶催化位點(diǎn)。

　　腫瘤組織乏氧是當(dāng)下放療耐受的重要原因之一。腫瘤細(xì)胞的無(wú)序增殖和代謝異常會(huì)產(chǎn)生大量的H2O2，可以被過(guò)氧化氫酶（或納米酶）原位分解為O2以克服乏氧。相比于以往的納米酶，水鐵礦的類過(guò)氧化氫酶活性相對(duì)專一，并且在生理環(huán)境中催化效率維持恒定。另外，水鐵礦本身作為鐵蛋白的內(nèi)核在生物體內(nèi)廣泛存在，具有較好的生物相容性和安全性?？紤]到水鐵礦納米酶的獨(dú)特理化性質(zhì)，研究人員利用葉酸配體對(duì)其進(jìn)行改性以提高腫瘤靶向性，嘗試將其開(kāi)發(fā)為一種有效且安全的放療增敏劑。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)改性后的水鐵礦納米酶能夠催化分解腫瘤內(nèi)的高水平H2O2生成O2，緩解腫瘤部位的乏氧狀態(tài)，并有效增強(qiáng)放射治療的效果。另外，水鐵礦納米酶能夠被巨噬細(xì)胞高效分解代謝，具有良好的生物可降解性。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果為水鐵礦納米酶的體內(nèi)應(yīng)用奠定了良好的研究基礎(chǔ)。

　　該研究首次報(bào)道了具有相對(duì)專一活性的水鐵礦過(guò)氧化氫納米酶，闡明了其催化活性位點(diǎn)與催化機(jī)制，并證實(shí)了將水鐵礦納米酶用于腫瘤放療增敏的有效性和安全性，為納米酶的構(gòu)-效關(guān)系與體內(nèi)應(yīng)用研究提供了新的模式材料和方法。這項(xiàng)研究近期發(fā)表于Nano Today。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。

　　氧化鐵納米酶的表面鐵合羥基的豐度與其類過(guò)氧化氫酶活性之間存在指數(shù)相關(guān)關(guān)系。水鐵礦因具有高豐度的表面鐵合羥基而表現(xiàn)出顯著的類過(guò)氧化氫酶活性，并且?guī)缀醪痪哂蓄愡^(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶和氧化酶等活性。經(jīng)靶向配體改性后，水鐵礦過(guò)氧化氫納米酶能夠有效緩解腫瘤部位的乏氧狀態(tài)，助力放射治療