纳米级的酶动力治疗│ Medcomm-Biomater Appl.

酶动力治疗（EDT）是一种新型活性氧（ROS）相关的动力治疗方式，其充分利用生物体中的酶促催化反应，控制ROS的产生或消除来实现疾病的治疗。ROS是指存在于身体或自然环境中，含有氧自由基的高活性化学物质。它们在调节机体各项生理功能方面发挥着重要作用。然而，过量的ROS产生会导致机体氧化损伤，与恶性肿瘤、神经退行性变、心血管疾病、炎症等多种疾病的发生发展有关。许多研究试图证明ROS相关疾病的潜在机制，以及ROS产生和清除之间的平衡是如何被破坏的。这些研究成果促使科学界研发更高效可行的ROS相关疗法（图1）。

图1 代表性纳米级酶动力学治疗示意图、EDT的优势和多用途生物医学应用

近日，上海大学陈雨研究团队在Wiley发行的 MedComm – Biomaterials and Applications 发表了题为“Enzyodynamic therapy at nanoscale”的综述1，系统性总结了酶动力治疗在生物医学研究中的最新应用和进展。上海大学陈雨教授、宋欣然博士及上海中医药大学常美琪副教授为本文共同通讯作者。

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根据材料类型，纳米酶主要分为以下几类，包括金属、金属氧化物、金属硫化物、碳基材料、复合材料和一些新兴的有机纳米系统。此外，根据其固有的催化类型，它们可以分为特定的氧化还原酶家族及水解酶家族等。纳米颗粒已经被证明可以模拟氧化还原酶常见的催化活性，包括OXD（氧化酶）、GOD（葡萄糖氧化酶）、POD（过氧化物酶）、CAT（过氧化氢酶）、SOD（超氧歧化酶）和GPx（谷胱甘肽过氧化物酶）2。

催化的本质是催化剂改变反应路径，沿着具有较低活化能的路径引导反应以加速反应速率。因此，研究纳米酶催化机理的首要目标是揭示反应物在纳米酶材料表面的原子重排过程，确定活化能最低的反应途径和动力学，建立其化学组成和结构影响催化效率的规律，为纳米酶的研究和设计提供了依据。

纳米酶与传统酶不同，其催化功能和活性与自身纳米特性有关，如尺寸、结构和表面效应。较小尺寸的纳米酶由于其较高的表面体积比，将暴露出更多的催化活性位点，从而产生更高的活性。Mugesh等人3比较了不同形状的Mn₃O₄纳米酶的酶活性，结果显示花椰菜状纳米酶具有最高的多重酶活性。此外，其催化活性也受到表面微环境的影响，包括表面电荷、亲水性、疏水性等。

由于各种纳米酶产生或清除ROS的作用不同，作者将基于纳米酶的EDT分为两种：促进ROS生成和加速ROS清除疾病治疗模式。

综上，这篇综述介绍了代表性酶动力疗法的最新研究进展，包括他们的分类及在生物医学研究中的应用、优势及局限性（图2）。此外，作者还进一步讨论了纳米酶的催化机制和纳米酶活性的调节，为深入了解酶动力治疗在疾病治疗中的作用提供了参考。

图2 EDT所面临的挑战示意图（提高催化活性、低毒性、新型纳米酶和优化底物选择性）

期刊介绍

MedComm – Biomaterials and Applications由Wiley发行出版，是一本经同行评审的、多学科的、在线开发获取的医学期刊。主编由伦敦大学学院Mohan Edirisinghe教授（英国皇家工程院院士，欧洲科学院院士），四川大学生物治疗国家重点实验室钱志勇教授以及美国北达科他大学吴敏教授担任。

期刊专注于利用新型生物材料解决医学科学难题，打造未来医学-材料的权威学术交流平台，致力于发表材料科学与医学交叉学科具有原创性和前沿性的重要研究成果，包括生物材料在临床、基础和转化研究中的发展，生物技术和纳米技术在疾病诊断和治疗中的应用，生物医用材料对人体的生物学反应等。