近日，閻錫蘊院士團隊應邀在《Nature Reviews Bioengineering》雜志上發表了題為"Designing nanozymes for in vivo applications"的綜述文章，該文全面梳理了納米酶催化醫學的代表性研究進展，探討了切實可行的體內應用設計策略，展望了納米酶臨床轉化的挑戰與前景。

　　自從2007年閻錫蘊院士團隊首次報道納米酶以來，全球已有超過420個研究團隊陸續發表了上千種不同的納米酶材料，覆蓋了六種酶學催化類型（氧化還原酶、水解酶、裂合酶、異構酶、轉移酶和連接酶）。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、環境保護等多個領域的催化應用過程中。近年來，納米酶被發現可以憑借其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顯著進展，為疾病治療開辟了新的路徑。

　　氧化應激與多種疾病和健康問題有關，如癌癥、心血管疾病、神經退行性疾病和糖尿病等。傳統的氧化應激調節手段主要依賴于酶類或小分子藥物，但難以完全滿足臨床需求。該綜述介紹了納米酶作為新型催化藥物調節氧化應激的潛力。納米酶以其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（如尺寸、形態、表面改性等）或改變催化環境（如pH、溫度、離子強度等），納米酶能夠展現出多樣化的生物催化功能，相較于傳統酶更易于根據應用需求進行定制與設計。此外，納米酶還能實現自級聯催化，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，能夠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，部分納米酶還能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。

　　文章總結了納米酶在特定體內應用場景中的積極成果，深入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。根據納米酶的總體催化作用，可將其分為抗氧化納米酶和促氧化納米酶兩類�？寡趸�納米酶，如具有類超氧化物歧化酶和類過氧化氫酶活性的納米酶，適用于治療與氧化應激相關的病理狀態，如輻射、藥物和化學品引起的氧化損傷、缺血性中風和炎癥性腸病。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已展示了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，經過精心設計，納米酶還能在體內用于示蹤或檢測組織代謝狀態以輔助疾病診斷。這些研究預示著納米酶在生物醫學領域將有更廣闊的應用前景。

　　納米酶的體內應用設計面臨諸多挑戰，包括克服生物成分對其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，同時保持生物相容性和生物降解性。由于活性氧在許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，全面了解納米酶材料、生物系統、疾病微環境的特性及其相互作用，對于設計有效的治療性納米酶至關重要。文章在展望部分討論了納米酶催化性能、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挑戰與前景，特別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。

　　中國科學院生物物理研究所閻錫蘊院士、高利增研究員和范克龍研究員為該綜述文章的通訊作者，張若飛博士為第一作者。該研究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等項目的資助。

　　文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s44222-024-00205-1

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