研究内容

肿瘤微环境（Tumor Microenvironment，TME）具有高水平H₂O₂、缺氧及氧化还原失衡等特征，为纳米酶催化治疗提供了独特反应基础。近年来，单原子纳米酶（Single-Atom Nanozymes，SANs）凭借明确的配位结构和较高原子利用率受到广泛关注，但传统M–N₄单原子位点通常具有较高的对称性，难以同时优化反应中间体的吸附与脱附，导致多步催化反应效率受限。针对这一问题，研究团队构建了一种具有不对称配位结构的Janus Zn-Mo双原子纳米酶（Janus Zn-Mo DAs），在多孔N/O掺杂碳骨架中形成相邻的Zn-N₄和Mo-N₂O₂双活性位点，并结合实验表征与DFT理论计算解析其原子及电子层面的协同催化机制。

机制研究显示，Zn-Mo双原子之间的电子耦合作用能够调节活性位点的d带中心（d-band center），进而优化O₂、H₂O₂及相关含氧反应中间体的吸附/脱附平衡。与传统Zn单原子位点相比，Janus结构显著提高了催化反应效率。研究进一步发现，该材料同时具备过氧化物酶（POD）样、过氧化氢酶（CAT）样和氧化酶（OXD）样三重酶活性：POD样活性将肿瘤细胞内H₂O₂转化为高毒性的·OH；CAT样活性将H₂O₂分解产生O₂，从而缓解肿瘤缺氧；OXD样活性则进一步利用O₂生成具有强氧化能力的·O₂⁻。由此形成H₂O₂消耗、O₂补充和ROS持续生成的连续催化体系。

为了增强体内肿瘤靶向能力，研究团队进一步利用透明质酸（HA）对Janus Zn-Mo DAs进行表面修饰，获得Janus HZn-Mo DAs。与此同时，该材料具有明显的NIR-II光热转换能力，光热转换效率达到47.2%。实验表明，1064 nm激光照射可显著升高材料及肿瘤局部温度，而升温又进一步增强POD样催化反应，65 ℃条件下POD样催化效率较25 ℃提高约1.4倍，形成光热增强纳米催化的协同治疗模式。

细胞实验进一步证明，Janus HZn-Mo DAs能够大量进入HeLa细胞并产生显著ROS。与单独纳米酶处理相比，结合1064 nm激光后细胞内ROS荧光强度进一步提高约2.0倍，细胞存活率由32.2%下降至19.1%。流式细胞分析显示，Janus HZn-Mo DAs联合NIR处理后的细胞坏死比例达到81.01%；同时，线粒体膜电位明显下降，说明持续生成的ROS能够进一步破坏肿瘤细胞线粒体功能。

在动物实验中，Janus HZn-Mo DAs表现出更加显著的抗肿瘤效果。1064 nm激光照射10 min后，肿瘤区域温度可升高约25 ℃；Janus HZn-Mo DAs联合NIR治疗表现出最强的肿瘤抑制作用，最终肿瘤抑制率达到95.0%，同时显著延长荷瘤小鼠生存时间。组织学结果显示，该治疗能够显著降低Ki67表达并增强TUNEL凋亡信号，而主要脏器未观察到明显病理损伤，体现出较好的生物安全性。

津合生物点评：

研究亮点：

亮点1：Janus双原子结构突破传统单原子纳米酶的配位限制

传统M-N₄单原子位点虽然结构明确，但较高的对称性往往限制了反应中间体的精准吸附与活化。本研究通过构建Zn-N₄/Mo-N₂O₂异质配位结构，人为打破双原子中心的局部对称性，使Zn和Mo能够形成具有分工与协同关系的催化位点。DFT计算进一步证明，这种Janus结构能够调节d带中心，优化含氧中间体的吸附/脱附过程，从原子尺度解释了双原子纳米酶催化性能增强的来源。

亮点2：一套材料集成POD、CAT和OXD三重酶样活性

该研究最大的功能创新之一，是将三种具有不同作用方向的酶样催化过程整合到同一纳米平台。POD样活性负责消耗H₂O₂并产生·OH，CAT样活性补充O₂并缓解缺氧，OXD样活性则利用生成的O₂继续产生·O₂⁻。三条反应路径相互衔接，使肿瘤微环境中的H₂O₂和O₂得到循环利用，持续扩大氧化损伤，而不是依赖单一ROS来源实现治疗，体现出明显的级联催化特征。

亮点3：光热效应不只是“加热”，而是进一步放大催化反应

许多光热纳米材料主要依靠高温直接杀伤肿瘤，而本研究中光热作用承担了更加重要的"催化放大器"角色。Janus Zn-Mo DAs具有47.2%的光热转换效率，1064 nm照射产生的局部升温能够提高POD样反应动力学，使纳米酶生成ROS的能力进一步增强。因此，研究建立了NIR-II光热→催化活性增强→ROS放大→肿瘤细胞死亡的连续作用链，使光热治疗与纳米催化治疗形成真正意义上的协同，而不是简单叠加。

亮点4：从原子结构设计一直验证到体内95%肿瘤抑制

该研究具有较完整的"结构—机制—功能—疗效"证据链：首先通过HAADF-STEM等手段确认双原子位点，再利用DFT解析电子结构和催化机制，随后通过细胞实验验证ROS生成、线粒体膜电位破坏及细胞死亡，最终在荷瘤小鼠中验证治疗效果。尤其是Janus HZn-Mo DAs联合1064 nm照射后实现95.0%肿瘤抑制率，且未发现明显主要脏器损伤，说明原子级催化位点设计能够最终转化为具有实际治疗潜力的纳米医学功能。

应用方向：

应用一：肿瘤微环境催化治疗

肿瘤组织具有H₂O₂丰富、缺氧和氧化还原失衡等特点，与Janus Zn-Mo DAs的三重酶样催化机制高度匹配。未来可进一步围绕不同肿瘤的微环境特征调节Zn/Mo比例、配位原子及活性位点电子结构，实现针对性ROS生成，从而构建更加精准的化学动力学治疗体系。

应用二：NIR-II光热增强纳米酶治疗平台

NIR-II（1064 nm）具有组织穿透能力较强、光热调控精确等优势，与纳米酶结合后可以通过外部光刺激动态控制催化反应。该研究证明升温能够直接提高POD样催化效率，因此未来可以将这种模式拓展至其他单原子、双原子及多原子纳米酶，实现“光控催化”，提高治疗的时空精准性并降低非靶向氧化损伤。

应用三：多酶级联纳米材料设计

本研究展示了通过不同金属中心和配位环境实现多种酶样活性的可行性。未来可进一步组合POD、CAT、SOD、OXD、GPx等多种酶样功能，针对不同疾病微环境设计级联反应，使纳米酶从单一催化剂发展为具有复杂代谢调控能力的人工多酶系统，拓展其在肿瘤、炎症及感染治疗中的应用。

应用四：原子级纳米酶理性设计

研究通过DFT计算+实验验证明确了配位结构、d带中心和催化性能之间的关联，为纳米酶理性设计提供了重要依据。未来结合人工智能、高通量计算和机器学习，可以快速筛选不同金属组合及配位结构，预测其对H₂O₂、O₂等底物的吸附能力，从而由传统"试错式"材料开发转向原子级精准设计，进一步提升纳米酶研发效率。