新型人工酶——纳米酶的应用研究进展

【摘要】纳米酶是一类具酶催化活性的新型人工酶材料，其相比于天然酶的价格低廉、制备的工艺简单且稳定性较好、具有较高的循环利用率等。纳米酶在当前各类疾病的治疗应用中具有广泛的价值。本文以综述纳米酶在医疗领域的应用研究进展。

【关键词】纳米酶；炎症；癌症；神经退行性疾病；治疗应用；进展
    
纳米酶是一类具具备酶催化活性的新型人工酶材料，其主要分成2种类型，其一为天然酶或具酶催化活性基团对于纳米材料的修饰作用形成的载体；另一种则为纳米材料本身具备与酶类似催化活性^[1]。纳米酶相比于天然酶的价格低廉、制备工艺便捷、材料稳定性好且循环利用的有效率较高等多种特点，在医疗领域中纳米酶具有重要作用^[2-4]。本文以综述纳米酶在医疗领域的应用研究进展。

一、纳米酶的杀菌作用

临床传统使用抗菌药物为抗生素、部分金属无机盐类试剂、季铵盐类与香草醛类等有机试剂。然而，上述无机、有机试剂的临床应用中往往存在缺陷，包括制备与合成的工艺复杂、使用成本高、耐药性高且药物对周围环境污染等缺陷。对此，探索新型的抗菌材料是当前临床研究重点^[5]。辣根过氧化物酶（HRP）是以铁卟啉为催化中心的一类纳米酶，HRP参与生命体系中的多项氧化还原反应，其能有效催化双氧水分解并促使生成羟基自由基，此类活性氧自由基可起到氧化 TMB、ABTS及OPD 等多种底物作用^[6]。Ji等^[7]研究依据HRP的特点，以透明质酸官能化石墨烯-介孔硅（HA-GS）纳米片层材料为载体，成功的构建“按需”前药运载系统，并将其用于抗细菌感染治疗中。因此，纳米酶在杀菌治疗中具有重要价值^[8]。

二、纳米酶的癌症治疗作用

Gu等^[9]研究针对胶质瘤U251细胞进行试验表明，胶质瘤U251细胞与纳米材料孵育12h以后，IONPs可进入到溶酶体中，通过激活其纳米粒子过氧化物酶的活性，促进自由基生成，从而起到有效杀灭癌细胞作用。Wang 等^[10]研究成功合成了小尺寸铁磁纳米粒子，并将其用于癌症诊断与治疗中。临床发现，铁磁纳米粒子可作为磁共振成像（MR）试剂，从而实现对癌症组织可视化分析，此外，铁磁纳米粒子具有较好的过氧化物模拟酶的活性作用，因此可用于抗肿瘤治疗。近年来，Cao等^[11]研究设计了基于纳米酶人工RNA 干扰机器，并将其用以抗病毒治疗。Cao 等研究以纳米金为载体，成功制备了RNase A-DNA-NPs 纳米酶复合物。其通过细胞与活体试验表明，RNase A-DNA-NPs 纳米酶复合物可有效清除超过99.0%的HCV RNA。因此，纳米酶在病毒感染及癌症等蛋白质表达相关疾病的治疗中，具较好的应用前景^[12]。

三、纳米酶的细胞保护作用

临床发现，许多纳米材料可作为 CAT、SOD、GPx以及GST 等抗氧化酶模拟物，因此，纳米酶的应用可缓解病理条件下的抗氧化酶负担^[13]。Bhowmic等^[14]研究合成PEG 修饰碳纳米簇（PEG-HCCs），其后续针对PEG-HCCs的研究发现，该物质在超氧阴离子清除中具有明确效果。GPx 是一类以硒半胱氨酸作为催化中心抗氧化酶物质，GPx能在 GSH存在的情况下，催化并分解有毒过氧化物，使其转化为无毒产物，进而保护细胞组分使其避免遭受氧化损伤。此外，其他抗氧化酶模拟物如GPx 等在生命体系当中也均有重要意义。Samuel等^[15]研究提示，五氧化二钒（V2O5）纳米线具GPx 催化特性，在GSH等生物巯基存在时，可催化双氧水使其转化为无毒产物。Huang等^[16]研究以氧化石墨烯（GO）作为模板，并抗坏血酸为还原剂，原位生长硒纳米粒子（SeNPs），制备GO-Se 纳米复合物，而GO-Se 纳米复合物具较高的谷胱甘肽过氧化物酶活性，可保护细胞组分，抵抗因ROS导致氧化损伤。因此，临床发现，多种纳米酶均具有细胞保护作用^[17]。

3.1 纳米酶治疗炎症

Huang等^[18]研究构建了多纳米酶复合体系，并将其用于清除细胞中过表达ROS，其研究表明纳米酶的应用可保护体系，使其免受氧化损伤。

3.2 纳米酶治疗神经退行性疾病

阿尔兹海默症（AD）是老年临床常见发生的神经退行性疾病类型，研究认为，金属离子诱导淀粉样蛋白（Aβ）聚集沉淀是导致患者神经元功能紊乱，细胞凋亡的重要影响因素^[19]。Aβ诱导线粒体紊乱易使ROS过度表达，ROS过度表达也被认为是AD发生的影响因素。对此，保护线粒体组织对于预防抗氧化应激及AD 早期治疗具有积极意义。研究发现，<5nm 的CeO₂超氧化物歧化酶活性强，其催化活性源于Ce4+/Ce3+转变^[20]。其中，Ce4+及低表面缺陷形成在其氧化反应当中发挥关键性作用，Ce3+及氧空位晶格当中自由移动电子则作为还原反应的关键。CeO₂抗氧化活性对于AD 治疗具有重要作用。帕金森综合症（PD）与AD一样属于常见神经退行性疾病， PD病理变化主要是患者中脑黑质多巴胺能神经元发生变性死亡，致使纹状体多巴胺的含量降低。Singh 等^[21]研究发现， Mn3O4 纳米粒子（Mnf）具过氧化氢酶、超氧化物歧化酶及谷胱甘肽过氧化物酶等类似催化性质，Mnf发挥的氧化还原调节作用可有效保护PD类似细胞模型（SHSY-5Y），抵抗由MPP+ 引起细胞毒性。因此，纳米酶在治疗神经退行性疾病具有潜在价值。

四、总结

自 2007 年首次报道铁磁纳米粒子的HRP相似活性后，针对纳米酶的研究不断开展和报道。纳米酶可用于小分子、核酸、蛋白质及癌细胞等的检测，其在炎症、癌症以及神经退行性疾病的诊治中也具有重要价值。未来仍需深入推进对纳米酶在疾病治疗的应用。
 

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