《Nature》子刊 ：新型纳米粒子对肿瘤生长有明显的抑制作用

通过活性氧(ROS)诱导细胞凋亡是一种很有前景的恶性肿瘤治疗方法。然而，目前的系统高度依赖于氧气状态或外部刺激产生ROS，这极大地限制了它们的治疗效果，特别是在低氧肿瘤中。

2018年8月20日，长春应化所曲晓刚、任劲松等人的成果以“Biomimetic nanoflowers by self-assembly of nanozymes to induceintracellular oxidative damage against hypoxic tumors”为题在线发表在著名学术期刊Nature Communications上。

在该文中，研究人员开发了一种基于纳米酶自组装的仿生纳米酶，它可以催化细胞内的一系列生化反应，在无任何外界刺激的情况下，在常氧和低氧条件下产生活性氧。在本文的方法中，首次合成了PtCo纳米粒子，并将其用于引导MnO2的形成。通过调节反应物的比例，得到高度有序的且具有良好的催化效率的MnO2@PtCo纳米粒子，其中PtCo模拟氧化酶，MnO2模拟催化部位。这样，该MnO2@PtCo纳米粒子不仅可以缓解缺氧状态，还可以通过ROS介导的机制诱导细胞凋亡，从而对肿瘤的生长产生明显的特异性抑制作用。

活性氧(ROS)是高活性的离子和自由基，包括单态氧(1O2)、超氧自由基(O2•−)、羟基自由基(·OH)和过氧化物(O22−)，它们在许多生理过程中起着命令式的作用。在较低浓度下，ROS可作为调节细胞信号、粘附、迁移和稳态的重要第二信使。而高水平的活性氧能够氧化脂质中的不饱和脂肪酸和蛋白质中的氨基酸，导致重要细胞器和DNA的不可逆损伤，最终导致细胞凋亡和坏死。特别值得注意的是，由于癌症细胞和正常细胞之间的氧化还原状态不同，恶性细胞的ROS介导信号的基础水平升高，使它们比正常细胞更容易受到外源ROS的有害影响。因此，之前有很多研究工作一直致力于设计产生活性氧的系统，以诱导细胞内氧化应激用于癌症治疗。

将天然酶和纳米材料的功能结合在一起的纳米酶因其在严格的条件下具有较高的稳定性、低成本的可控合成和可调节的催化活性而引起了人们越来越多的兴趣。这种独特的优势使得纳米酶在生物传感、疾病诊断、组织工程等生物医学领域得到了广泛的应用。近年来，人们特别关注纳米酶控制细胞内生化反应的能力，以治疗各种疾病，包括抗衰老、中风和炎症。例如，V2O5普鲁士蓝和Fe3O4在中性条件下，具有类抗氧化酶活性，该纳米材料已被证明能催化细胞内细胞毒性ROS还原成无毒的细胞内产物，防止细胞内氧化应激。然而，纳米酶在酸性条件下的强氧化能力一直被忽视，尤其是在癌症治疗领域。考虑到肿瘤的酸性微环境和纳米酶对细胞内生化过程的调节能力，研究人员认为基于纳米酶的平台可以实现肿瘤特异性治疗，解决目前ROS介导的治疗系统中遗留的问题。

a纳米粒子的合成及自组装过程b不同氧分压下，活性氧的产生机制和MnO2@PtCo纳米粒子的细胞毒性

在本文中，研究人员开发了一个基于自组装MnO2@PtCo纳米粒子的ROS生成平台。该纳米粒子启动细胞内对低氧肿瘤的生化反应。与传统的ROS生成系统相比，该平台具有以下优点：(1)ROS的产生是通过生物环境中发生的生化反应产生的，不需要外部激活，从而缓解了目前ROS介导的治疗方式如光穿透深度、超声诱导的热疗和精密仪器存在的问题。(2)PtCo氧化活性协同MnO2的供氧能力，MnO2@PtCo纳米粒子能够缓解低氧状态，有效地产生低氧肿瘤的活性氧，从而获得显著的治疗效果。(3)肿瘤细胞比正常细胞更易受外源性活性氧和MnO2@PtCo纳米粒子氧化能力的影响，且MnO2@PtCo的氧化性纳米粒子依赖于酸性pH值(2.5~6.8)，因此该纳米粒子能优先诱导肿瘤细胞凋亡，但对主要器官的毒副作用微乎其微。综上所述，研究人员希望利用纳米酶组装物作为活性氧源诱导细胞凋亡，为设计和开发模拟细胞迁移、分化、基因表达等功能的细胞内酶开辟了一个令人振奋的研究方向。

原文链接：Biomimetic nanoflowers by self-assembly of nanozymes to induce intracellular oxidative damage against hypoxic tumors