生物物理所發表關于納米酶催化醫學的綜述文章

　　近日，中國科學院生物物理研究所閻錫蘊院士團隊在《自然綜述-生物工程》（Nature Reviews Bioengineering）上發表了題為Designing nanozymes for in vivo applications的綜述文章。該文章全面梳理了納米酶催化醫學的代表性進展，探討了可行的體內應用設計策略，展望了納米酶臨床轉化的前景與挑戰。

　　自2007年閻錫蘊團隊首次報道納米酶以來，全球已有超過420個團隊陸續發表了上千種不同的納米酶材料，覆蓋了6種酶學催化類型。納米酶從最初的檢測應用起步，現已深入醫學治療、綠色合成、新能源開發、環境保護等領域的催化應用過程中。近年來，納米酶被發現可以憑借獨特的催化性能調節生物學過程，并在體內應用研究中取得了進展，為疾病治療開辟了新路徑。

　　氧化應激與多種疾病和健康問題相關。傳統的氧化應激調節手段主要依賴于酶類或小分子藥物，難以完全滿足臨床需求。該文章論述了納米酶作為新型催化藥物調節氧化應激的潛力。納米酶以穩定的結構和豐富的催化位點，展現了高且持久的催化活性。通過調整納米結構或改變催化環境，納米酶展現出多樣化的生物催化功能。同時，相較于傳統酶，納米酶更易于根據應用需求進行定制與設計。納米酶還能夠實現自級聯催化，而這是酶或小分子難以實現的。例如，氧化鈰和普魯士藍等納米酶具備類超氧化物歧化酶和類過氧化氫酶的多酶活性，展現出增強的抗氧化特性。在外部信號如光、超聲波、磁場等的刺激下，部分納米酶還表現出響應性調節的催化活性，使其在體內治療作用上具備遠程控制的可能性。此外，納米酶的低免疫原性和易于在病灶部位富集的特性，使其在催化醫學應用中相較于酶與小分子藥物更具優勢。

　　該文章總結了納米酶在特定體內應用場景中的成果，分析了影響治療效果的主要限制因素，并探討了成功設計的關鍵標準。納米酶根據總體催化作用可分為抗氧化納米酶和促氧化納米酶。抗氧化納米酶適用于治療與氧化應激相關的病理狀態，促氧化納米酶則主要通過促進活性氧的生成來殺滅腫瘤和抗菌。隨著具有獨特生物催化活性的納米酶的不斷發現，納米酶的體內應用研究正從以氧化還原酶活性為主的活性氧調節，拓展至更廣泛的領域。例如，具有水解酶活性的納米酶展現出在體內輔助催化乙酰膽堿、尿酸和酒精等分子代謝的潛力。此外，經過設計，納米酶還可在體內用于示蹤或檢測組織代謝狀態以輔助疾病診斷。這些成果預示著納米酶在生物醫學領域將具有更廣闊的應用前景。

　　納米酶的體內應用設計面臨著較多挑戰。例如，克服生物成分對納米酶穩定性和催化活性的干擾，實現對不同組織的靶向定位，以及選擇性消除或產生特定類型的活性氧，并保持生物相容性和生物降解性。由于活性氧在較多疾病中的作用尚不明確，制定有效的治療策略更具挑戰性。因此，研究納米酶材料、生物系統、疾病微環境的特性及其相互作用，對設計有效的治療性納米酶至關重要。該論文探討了納米酶催化性能、活性氧水平與疾病狀態之間的關系，分析了體內應用研究及臨床轉化的前景與挑戰，強調了精準定量監測體內催化反應過程以及確保納米材料安全性是納米酶成功臨床轉化的前提。

　　研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院青年創新促進會會員項目等的支持。