铁（Fe）基纳米酶因其生物相容性和类似过氧化物酶的活性而被认可，有望成为肿瘤治疗的催化剂。然而，它们同时具有类似过氧化氢酶活性，通过将肿瘤组织中的过氧化氢转化为氧气，减少了羟自由基的产生，从而破坏了治疗效果。
2024年12月5日，郑州大学江冰副教授、郑州大学/中国科学院生物物理研究所阎锡蕴院士、高利增研究员在国际知名期刊Nature Communications发表题为《A bioinspired sulfur–Fe–heme nanozyme with selective peroxidase-like activity for enhanced tumor chemotherapy》的研究论文，Shuaibing Zhang、高雪皎副教授为论文共同第一作者，江冰副教授、阎锡蕴院士、高利增研究员为论文共同通讯作者。
江冰，郑州大学基础医学院副教授。2014年本科毕业于郑州大学，2019年获中国科学院生物物理研究所博士学位，2019年加入郑州大学。
江冰副教授主要从事铁蛋白功能化修饰和铁蛋白纳米酶的生物医学应用研究。包括（1）发展铁蛋白成为靶向肽段和纳米抗体的功能化展示平台；（2）探索铁蛋白药物载体的载药机制和肿瘤靶向治疗应用；（3）提出铁蛋白纳米酶，利用铁蛋白的靶向特性和壳核结构，结合纳米酶的酶催化特点，用于疾病诊疗。
阎锡蕴，郑州大学/中国科学院生物物理研究所研究员，中国科学院院士（2015），发展中国家科学院院士，亚洲生物物理联盟主席（2015，该组织有史以来首位女主席）。1982年本科毕业于河南医科大学；1983-1989年在中科院生物物理研究所担任助研；1993年获德国海德堡大学博士学位；1994-1996年在美国Memorial Sloan-Kettering癌症研究中心从事博士后研究；1992-2002年在中科院微生物研究所工作；2002年入职中科院生物物理研究所，担任研究员、博导。
阎锡蕴院士的研究方向为1. 肿瘤免疫学研究；2. 纳米酶催化机制及应用研究。
高利增，郑州大学/中国科学院生物物理研究所研究员。2000年和2003年获得吉林大学的学士和硕士学位；2006年博士毕业于中科院生物物理研究所；2006-2015年先后在美国匹兹堡大学、康奈尔大学、宾夕法尼亚大学从事博士后研究；2015年以江苏特聘教授入职扬州大学；2019年加入中科院生物物理研究所。
高利增研究员聚焦纳米酶仿生设计及新特性的探索，发现铁硫纳米酶具有多种独特的生物学活性，基于纳米酶建立仿生抗菌新策略，并推动转化应用。研究方向包括1. 纳米酶的理性设计和特性拓展。2. 铁硫生物活性材料。3. 纳米酶仿生抗菌新策略。4. 纳米酶转化应用。
为应对这一挑战，作者引入了血红素-半胱氨酸-铁（HCFe）纳米酶，它表现出独特的过氧化物酶样活性。
通过涉及Fmoc-L-半胱氨酸、血红素和Fe2+配位的超分子组装方法构建，作者发现HCFe在其活性中心内明显地结合了血红素和[Fe-S]。
硫与血红素中心Fe原子的配位是调节HCFe纳米酶对过氧化物酶样活性的催化偏好的关键。
这种独特的机制将HCFe与其他双功能铁基纳米酶区分开来，提高了其催化选择性，甚至超过了天然过氧化物酶。
这种选择性活性使HCFe能够显著提高ROS的产生并发挥细胞毒性作用，特别是与顺铂联合使用时，可对抗雌性小鼠中的顺铂耐药性食管鳞状细胞癌（ESCC）细胞及其异种移植物。
这些发现强调了HCFe作为多模式癌症治疗的重要组成部分的潜力，特别是在增强化疗疗效方面。
图1：HCFe纳米酶的合成和筛选过程，及其在克服顺铂耐药性ESCC化疗中的应用
图2：构建仿生自组装铁基纳米酶库，并筛选出Fe基单过氧化物酶纳米酶
图3：HCFe单过氧化物酶纳米酶的结构表征
图4：HCFe单过氧化物酶纳米酶的催化性能
图5：HCFe纳米酶的选择性催化机制
图6：顺铂耐药性食管鳞状细胞癌CDDP耐药性细胞的表征
图7：HCFe纳米酶与CDDP联合克服食管鳞状细胞癌CDDP耐药性
图8：HCFe纳米酶与CDDP联合用于CDDP耐药性ESCC肿瘤治疗的体内实验
综上，作者开发了一种新型的亚铁血红素-半胱氨酸-铁（HCFe）纳米酶，它展现出独特的类似过氧化物酶的活性，并在肿瘤化疗中显著增强了治疗效果。
这项研究不仅提高了纳米酶在肿瘤治疗中的催化选择性，而且为克服化疗耐药性提供了新策略，具有重要的临床应用前景，尤其是在增强化疗效果方面。
Zhang, S., Gao, X.J., Ma, Y. et al. A bioinspired sulfur-Fe-heme nanozyme with selective peroxidase-like activity for enhanced tumor chemotherapy. Nat. Commun., (2024). 返回搜狐，查看更多
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