简介:模拟中性粒细胞杀伤机制的策略开发涉及超氧化物歧化酶（SOD）和髓过氧化物酶（MPO）的级联反应，这显示了作为癌症治疗可行方法的潜力。然而，使用天然酶作为治疗方法受到各种挑战的阻碍。尽管纳米酶已经出现在癌症治疗中，但在纳米酶中开发SOD-MPO级联仍然是一个挑战。
2024年2月22日，中国科学院生物物理研究所阎院士和范克龙研究员在Nature Communications杂志上联合发表了一篇题为“模拟中性粒细胞酶级联的超小型金属合金纳米酶用于肿瘤催化治疗”的文章，并发现了将模拟中性粒细胞酶级联的超小型金属合金纳米酶用于肿瘤催化治疗的机制。
研究背景
纳米酶为酶催化疗法的发展提供了材料。纳米酶的纳米结构不仅赋予了它们高效的催化功能，而且比天然酶具有更高的稳定性和更容易扩增。这使得纳米酶能够取代甚至超过天然酶，使其广泛应用于许多领域。纳米酶在肿瘤催化治疗和抗菌应用中显示出调节活性氧的巨大潜力。但值得注意的是，这些纳米酶的治疗效果可能有限，因为它们对H2O2的亲和力较低，且肿瘤微环境和微生物中的H2O2水平较低。在以前的报告中，开发了一种单原子纳米酶，它可以催化H2O2和Cl生成O2和HClO。这有效地促进了耐药细菌的消除和细菌感染的愈合。然而，由于缺乏类似SOD的活性，纳米酶不能作为MPO底物催化H2O2的产生，因此在处理过程中需要额外的H2O2。在肿瘤治疗中，肿瘤微环境中有限水平的H2O2（小于0.1 mM）需要额外的H2O2，这不仅增加了治疗的复杂性，也增加了后续临床转化的难度。因此，开发具有SOD和MPO双酶样活性的纳米酶来模拟用于肿瘤治疗的中性粒细胞酶级联反应是非常有价值的，尽管具有挑战性。
研究成果
本文通过调整合金配比，开发了Au、Au3Pd1、Au2Pd2、Au1Pd3和Pd等一系列超小型金属纳米酶。发现这些纳米酶表现出依赖于合金比例的SOD和MPO样活性，其中Au1Pd3合金纳米酶的级联活性最高。此外，我们通过理论计算阐明了这些纳米酶的催化机制，并发现O2的高D带中心和吸附能有助于SOD-MPO级联活性。重要的是，Au1Pd3合金纳米酶成功模拟了中性粒细胞SOD-MPO级联酶的杀伤功能，并通过产生HClO和1O2引起DNA损伤和细胞凋亡，从而显示出优异的肿瘤治疗效果（图1）。此外，Au1Pd3合金纳米酶还表现出良好的体内安全性，因为它们具有肿瘤特异性细胞毒性和小于6nm的超小尺寸，这有助于它们通过肾脏清除并防止在体内长期积累。我们共同成功开发了一种具有超氧化物歧化酶和MPO样活性的超小型金钯合金纳米酶，以模拟中性粒细胞酶的级联反应，从而实现高效安全的肿瘤催化治疗。
模拟中性粒细胞酶级联的超小型金属合金纳米酶用于肿瘤催化治疗。
研究结论
在这项研究中，我们通过合金化金和钯开发了一种具有超氧化物歧化酶和MPO活性的纳米酶。当金和钯的比例为1: 3时，纳米酶表现出最高的级联活性，这归因于理论计算确定的超氧阴离子的高D带中心和吸附能。Au1Pd3合金纳米酶在雌性荷瘤小鼠中表现出优异的肿瘤治疗性能和安全性，其安全性归功于其超小尺寸导致的肿瘤特异性杀伤能力和肾脏清除能力。这项工作联合开发了超小AuPd合金纳米酶，该纳米酶模拟中性粒细胞酶级联，用于催化治疗肿瘤。
参考文献:
https://www.nature.com/articles/s41467-024-45668-3
