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*本文首发于“纳米酶Nanozymes”公众号，2022年2月27日
*编辑：俞纪元
据世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）统计，2020年全球新发癌症病例为1929万例，死亡病例为996万例，其中我国新发癌症病例和死亡病例位居世界首位，分别达457万例和300万例。目前，癌症的治疗策略主要包括放疗、化疗和手术切除，但是这几种治疗方法会带来强烈的副作用。近年来，酶疗法因能够在体内进行催化反应实现肿瘤治疗，并且还能够激活人体免疫能力、增强免疫系统功能而吸引了研究者们的关注。天然酶存在成本高、稳定性差、产量低、保存困难等缺点，这使得酶疗法的实际应用受到严重限制。与天然酶相比，纳米酶具有成本低，稳定性高，制备简单，活性可调等优点。自从2007年Fe3O4纳米颗粒被报道具有模拟天然过氧化物酶的活性以来，已经有很多纳米材料被发现具有模拟过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、葡萄糖氧化酶（GOx）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）、超氧化物歧化酶（SOD）、尿酸酶等酶活性。图1展示了纳米酶的模拟酶类型、来源、性能和抗肿瘤机理。
图1 纳米酶的模拟酶类型、来源、性能和抗肿瘤机理
实体肿瘤中的高H2O2、乏氧和酸性环境使得肿瘤对放疗、化疗和光动力治疗等产生耐药性或低敏感性。通过调节肿瘤微环境中的氧气和ROS的水平可能会增强抗肿瘤治疗的效果。纳米酶可以通过OXD或POD活性产生ROS来诱导氧化应激*伤杀**肿瘤细胞，也可以通过CAT活性在肿瘤微环境中催化H2O2分解产生O2，缓解肿瘤组织乏氧，间接诱导肿瘤细胞死亡。
中南大学陈万松课题组在《大学化学》杂志上发表了题为《纳米酶在抗肿瘤治疗中的应用》的综述，介绍了纳米酶用于肿瘤治疗的三种方式：缓解肿瘤乏氧、产生ROS进行肿瘤催化治疗和肿瘤免疫治疗。首先，缓解肿瘤乏氧，即通过纳米酶的CAT活性，将H2O2催化分解为O2，不仅可以消耗肿瘤微环境中的H2O2，还可以协同其他光、声和化学动力治疗进行肿瘤治疗。例如，黑磷(BP)纳米片上的Pt纳米粒具有类过氧化氢酶活性，从而可以有效分解肿瘤中积累的H2O2产生O2，缓解肿瘤乏氧，期间生成的O2可以提高BP纳米片的光动力抗肿瘤活性，即增加生成的1O2浓度进而引起肿瘤细胞凋亡（如图2所示）。其次，产生ROS进行肿瘤催化治疗，即通过纳米酶的类POD或OXD活性将H2O2或O2催化转化产生ROS，从而诱导肿瘤细胞死亡。例如，金纳米颗粒与多孔空心碳纳米球(Au@HCN)结合形成的纳米酶可以在酸性条件下通过OXD和POD活性产生ROS，协同光热治疗可以破坏肿瘤组织（如图3所示）。最后，肿瘤免疫治疗，即通过纳米酶诱导M2型巨噬细胞向M1型巨噬细胞极化，改善肿瘤免疫微环境，并且通过纳米酶催化反应和免疫治疗实现对肿瘤的治疗。例如，Cu2-xTe纳米颗粒具有谷胱甘肽氧化酶和过氧化物酶活性，能够同时消耗肿瘤组织中的谷胱甘肽和过氧化氢产生·OH和O2·-。该纳米酶的级联催化反应，能够促进巨噬细胞由M2型向M1型极化，有效产生抗肿瘤免疫（如图4所示）。
图2 Pt纳米酶负载黑磷（BP）纳米片用于
肿瘤光动力治疗[1]
图3 Au@HCN纳米酶协同光热治疗用于
抗肿瘤治疗[2]
图4 Cu2-xTe纳米酶用于促进巨噬细胞由M2型
向M1型极化及激活抗肿瘤免疫[3]
最后，作者还指出了纳米酶在临床应用前还有一些问题亟待解决。除了要设计和优化具有高底物选择性和催化效率的纳米酶，还需要制定有效的策略来提高纳米酶的靶向性。同时，纳米酶的生物安全性及治疗机理仍需要进一步研究，进而使其有望从实验室走向临床，真正应用于人类肿瘤治疗。
参考文献：
[1] Ouyang, J.; Deng, Y.; Chen, W.; Xu, Q.; Wang, L.; Liu, Z.; Tang, F.; Deng, L.; Liu, Y. J. Mater. Chem. B 2018, 6, 2057.
[2] Fan, L.; Xu, X.; Zhu, C.; Han. J.; Gao, L.; Xi, J.; Guo, R. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 4502.
[3] Wen, M.; Ouyang, J.; Wei, C.; Li, H.; Chen, W.; Liu, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 17425.
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撰稿：赵婧媛
审阅：张益宏
编辑：周逸夫
原文链接：http://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202110064