单原子纳米酶(SAzymes)以独立的金属原子为活性位点，其能够作为酶基药物以应用于酶催化治疗。然而，由于受到酶活性不高和内源性H₂O₂不足等问题的影响，SAzymes在肿瘤治疗中的应用仍然面临着诸多的挑战性。中科院高能物理研究所晏亮研究员、广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院Liang Huang和山东大学李歧强教授开发了一种原子级工程化、以FeN₄为中心的纳米酶(FeN4-SAzyme)，并将其用于外场增强催化的放射-酶催化治疗。

本文要点：

（1）FeN4-SAzyme具有类过氧化物酶活性，能够催化H₂O₂以为转化羟基自由基，并将单位点Fe^II物种转化为Fe^III，以产生类谷胱甘肽氧化酶活性。实验通过密度泛函理论计算解释了该单位点自级联酶活性的起源。研究发现，x射线的照射可以通过提高Fe^II/Fe^III的转换频率来改善整个单位点级联酶催化反应过程。最后，研究者也将天然葡萄糖氧化酶（H₂O₂的产生者）进一步修饰到FeN₄-SAzyme的表面，制备得到最终结构GOD@FeN₄-SAzyme。

（2）GOD@FeN4-SAzyme不仅能够原位提供H₂O₂以持续产生剧毒羟基自由基，而且可以诱导辐射剂量的局部沉积，进而在体外诱导产生强烈的细胞凋亡和铁死亡。实验结果表明，具有协同效应的放疗和自级联酶催化疗法可以在体内有效地抑制肿瘤生长，且副作用极低。综上所述，这项工作证明了在不改变纳米酶性质的情况下引入外部场来增强纳米酶的类酶性能是可行的，并提出了一种能够自供应H₂O₂和放大自级联反应的有效治疗方法，有望解决酶催化治疗的局限性。

Xianyu Zhu. et al. Engineering Single-Atom Iron Nanozymes with Radiation-Enhanced Self-Cascade Catalysis and Self-Supplied H₂O₂ for Radioenzymatic Therapy. ACS Nano. 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c07691

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07691