纳米酶是一类具有生物催化功能的纳米材料，能够基于特定的纳米结构催化天然酶的底物并作为酶的代替品，其概念由中国科学家阎锡蕴院士首先提出。国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）将纳米酶技术列为2022年化学领域十大新兴技术之一。基于纳米酶的催化治疗是一种新兴的癌症治疗方法。
近日，国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》以文题“A novel Ce-Mn heterojunction-based multi-enzymatic nanozyme with cancer-specific enzymatic activity and photothermal capacity for efficient tumor combination therapy”在线发表了湖北工业大学生命科学与健康工程学院李草教授团队在纳米酶基抗肿瘤纳米药物领域的最新研究进展。
此前，李草团队系统研究了二氧化锰（MnO2）纳米粒子基纳米酶在肿瘤治疗中的应用并取得了一系列成果（Acta Biomater.,2021,126, 445-462;J. Colloid Interf. Sci.,2024,666,244-258;J. Colloid Interf. Sci.,2023,634,836-851;Mater. Today Chem.,2024,39,102171;Microchim. Acta,2021,188, 141）。在此基础上，他们通过简单的氧化还原反应构建了一种由二氧化铈（CeO2）纳米粒子与MnO2构成的新型Ce-Mn异质结CeO2Mn1.08Ox纳米团簇。该异质结在酸性条件具有较高的类过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和氧化酶（OXD）活性。特殊的结构在显著提升MnO2与CeO2各种催化活性的基础上赋予了CeO2Mn1.08Ox两种纳米粒子原本不具备的近红外（NIR）光热能力。同时，与绝大部分纳米酶不同，CeO2Mn1.08Ox在微酸性条件下拥有更强的类CAT酶活，更适合在癌细胞内发挥疗效。
随后，他们将葡萄糖氧化酶（GOx）载入至CeO2Mn1.08Ox，并与聚乙二醇（PEG）连接，构建了一种级联酶型纳米药物(Ce-Mn)-PEI/GOx-PEG。CeO2Mn1.08Ox肿瘤特异性的强类CAT活性可增敏基于GOx的饥饿治疗。其类POD和OXD特性可在癌细胞中产生高细胞毒性的活性氧（ROS）。葡萄糖分解产物H2O2可用于产生O2和ROS。(Ce-Mn)-PEI/GOx-PEG也可通过缓解乏氧和消耗内源性谷胱甘肽（GSH）来调节肿瘤微环境。CeO2Mn1.08Ox的光热能力使其可用于NIR区光热治疗。
密度泛函理论（DFT）计算为CeO2Mn1.08Ox的特异性高催化活性和光热能力提供了可能的原因。在合理控制用药剂量的情况下，(Ce-Mn)-PEI/GOx-PEG可于小鼠体内实现增强的催化/低温光热联合治疗，在保证生物安全性的前提下有效消融肿瘤。（来源：湖北工业大学）
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