鐵（Fe）基納米酶因其生物相容性和類似過氧化物酶的活性而被認可，有望成為腫瘤治療的催化劑。然而，它們同時具有類似過氧化氫酶活性，通過將腫瘤組織中的過氧化氫轉(zhuǎn)化為氧氣，減少了羥自由基的產(chǎn)生，從而破壞了治療效果。

2024年12月5日，鄭州大學江冰副教授、鄭州大學/中國科學院生物物理研究所閻錫蘊院士、高利增研究員在國際知名期刊Nature Communications發(fā)表題為《A bioinspired sulfur–Fe–heme nanozyme with selective peroxidase-like activity for enhanced tumor chemotherapy》的研究論文，Shuaibing Zhang、高雪皎副教授為論文共同第一作者，江冰副教授、閻錫蘊院士、高利增研究員為論文共同通訊作者。

江冰，鄭州大學基礎(chǔ)醫(yī)學院副教授。2014年本科畢業(yè)于鄭州大學，2019年獲中國科學院生物物理研究所博士學位，2019年加入鄭州大學。

江冰副教授主要從事鐵蛋白功能化修飾和鐵蛋白納米酶的生物醫(yī)學應(yīng)用研究。包括（1）發(fā)展鐵蛋白成為靶向肽段和納米抗體的功能化展示平臺；（2）探索鐵蛋白藥物載體的載藥機制和腫瘤靶向治療應(yīng)用；（3）提出鐵蛋白納米酶，利用鐵蛋白的靶向特性和殼核結(jié)構(gòu)，結(jié)合納米酶的酶催化特點，用于疾病診療。

閻錫蘊，鄭州大學/中國科學院生物物理研究所研究員，中國科學院院士（2015），發(fā)展中國家科學院院士，亞洲生物物理聯(lián)盟主席（2015，該組織有史以來首位女主席）。1982年本科畢業(yè)于河南醫(yī)科大學；1983-1989年在中科院生物物理研究所擔任助研；1993年獲德國海德堡大學博士學位；1994-1996年在美國Memorial Sloan-Kettering癌癥研究中心從事博士后研究；1992-2002年在中科院微生物研究所工作；2002年入職中科院生物物理研究所，擔任研究員、博導(dǎo)。

閻錫蘊院士的研究方向為1. 腫瘤免疫學研究；2. 納米酶催化機制及應(yīng)用研究。

高利增，鄭州大學/中國科學院生物物理研究所研究員。2000年和2003年獲得吉林大學的學士和碩士學位；2006年博士畢業(yè)于中科院生物物理研究所；2006-2015年先后在美國匹茲堡大學、康奈爾大學、賓夕法尼亞大學從事博士后研究；2015年以江蘇特聘教授入職揚州大學；2019年加入中科院生物物理研究所。

高利增研究員聚焦納米酶仿生設(shè)計及新特性的探索，發(fā)現(xiàn)鐵硫納米酶具有多種獨特的生物學活性，基于納米酶建立仿生抗菌新策略，并推動轉(zhuǎn)化應(yīng)用。研究方向包括1. 納米酶的理性設(shè)計和特性拓展。2. 鐵硫生物活性材料。3. 納米酶仿生抗菌新策略。4. 納米酶轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，作者引入了血紅素-半胱氨酸-鐵（HCFe）納米酶，它表現(xiàn)出獨特的過氧化物酶樣活性。

通過涉及Fmoc-_L-半胱氨酸、血紅素和Fe²⁺配位的超分子組裝方法構(gòu)建，作者發(fā)現(xiàn)HCFe在其活性中心內(nèi)明顯地結(jié)合了血紅素和[Fe-S]。

硫與血紅素中心Fe原子的配位是調(diào)節(jié)HCFe納米酶對過氧化物酶樣活性的催化偏好的關(guān)鍵。

這種獨特的機制將HCFe與其他雙功能鐵基納米酶區(qū)分開來，提高了其催化選擇性，甚至超過了天然過氧化物酶。

這種選擇性活性使HCFe能夠顯著提高ROS的產(chǎn)生并發(fā)揮細胞毒性作用，特別是與順鉑聯(lián)合使用時，可對抗雌性小鼠中的順鉑耐藥性食管鱗狀細胞癌（ESCC）細胞及其異種移植物。

這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了HCFe作為多模式癌癥治療的重要組成部分的潛力，特別是在增強化療療效方面。

圖1：HCFe納米酶的合成和篩選過程，及其在克服順鉑耐藥性ESCC化療中的應(yīng)用

圖2：構(gòu)建仿生自組裝鐵基納米酶庫，并篩選出Fe基單過氧化物酶納米酶

圖3：HCFe單過氧化物酶納米酶的結(jié)構(gòu)表征

圖4：HCFe單過氧化物酶納米酶的催化性能

圖5：HCFe納米酶的選擇性催化機制

圖6：順鉑耐藥性食管鱗狀細胞癌CDDP耐藥性細胞的表征

圖7：HCFe納米酶與CDDP聯(lián)合克服食管鱗狀細胞癌CDDP耐藥性

圖8：HCFe納米酶與CDDP聯(lián)合用于CDDP耐藥性ESCC腫瘤治療的體內(nèi)實驗

綜上，作者開發(fā)了一種新型的亞鐵血紅素-半胱氨酸-鐵（HCFe）納米酶，它展現(xiàn)出獨特的類似過氧化物酶的活性，并在腫瘤化療中顯著增強了治療效果。

這項研究不僅提高了納米酶在腫瘤治療中的催化選擇性，而且為克服化療耐藥性提供了新策略，具有重要的臨床應(yīng)用前景，尤其是在增強化療效果方面。

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).