中国海洋大学在高熵纳米酶精准医学治疗研究领域取得新进展

近日，中国海洋大学化学化工学院/海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室仇萌副教授及其科研团队与西南医科大学附属医院舒健教授团队和韩国高丽大学Jong Seung Kim教授合作，以全文（Article）形式在国际化学领域重要学术期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上发表了题为“High Entropy 2D Layered Double Hydroxides Nanosheet Toward Cascaded Nanozyme-Initiated Chemodynamic and Immune Synergistic Therapy”（高熵二维层状双氢氧化物纳米平台用于级联纳米酶引发的化学动力学和免疫协同治疗）的研究论文，并获选当期正封面论文。

图1 论文获选《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）当期正封面

在自然界的复杂演化中，多种元素的共存与协作构筑了奇妙的化学结构和功能体系，这启发了科学家探索如何通过多组元的协调作用实现新型材料的设计。高熵材料（High-Entropy Materials, HEMs），作为一种富含多元素的新兴材料体系，正逐步揭示出其独特的魅力。通过多元素的均匀混合，高熵材料不仅突破了传统单组元材料的性能瓶颈，更开启了晶体结构调控与性能优化的新纪元。高熵材料所展现的多样性和可调控性，使其成为能源、催化和生物医学领域的研究热点。特别是在二维高熵材料中，层状结构提供了丰富的反应活性位点，多元素协同作用则赋予其优异的物理化学及生物学性能。而这种复杂性与协同性，也使其在极具挑战性的肿瘤治疗中展现出非凡的潜力：不仅可以通过化学动力学催化重塑肿瘤微环境，还能激活免疫系统的协同反应，为精准医学提供了前所未有的可能性。

图2 二维高熵层状双氢氧化物合成过程及化学动力学和免疫协同治疗示意图

此次研究中，该团队设计了一种全新的二维高熵层状双氢氧化物（HE-LDHs）纳米平台，这不仅是高熵材料的又一次重要创新，也是其在肿瘤治疗领域的首次探索。通过构建纳米酶级联催化与免疫协同的复合治疗机制，该材料成功在实验中重塑了肿瘤微环境（TME），实现了化学与免疫疗法的深度结合，为肿瘤治疗提供了更加灵活和精准的策略（图2）。

实验结果表明，HE-LDHs在TME中表现出类超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）的模拟酶活性，可高效催化肿瘤代谢产物生成高浓度的活性氧（ROS），从而引发肿瘤细胞凋亡；此外，ROS诱导线粒体功能障碍并引发线粒体DNA（mtDNA）泄漏，而泄漏的mtDNA在锌离子的催化作用下激活cGAS/STING信号通路，进一步增强抗肿瘤免疫反应，促进细胞因子的分泌及淋巴细胞的成熟，从而有效抑制肿瘤的生长并防止复发。

综上所述，HE-LDHs通过协同级联反应对肿瘤微环境进行重塑，显著触发ROS风暴和GSH/GPX4通路的耗竭，同时激活cGAS/STING免疫信号通路，展现出卓越的化学动力学和免疫治疗效果。目前，这是HE-LDHs在生物医学领域中的首次应用探索，表明其作为多功能纳米平台，具有独特的组成灵活性和多元素协同作用，可为精准化的肿瘤治疗提供创新性和可定制化的策略。

团队合影

研究成果的第一完成单位是中国海洋大学化学化工学院/海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，通讯作者为西南医科大学附属医院任文秀教授、舒健教授、中国海洋大学仇萌副教授、高丽大学Jong Seung Kim教授，第一作者是中国海洋大学化学化工学院2021级硕士生王晨和西南医科大学附属医院2024级博士生袁凤英。该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山学者项目、四川省科技厅项目以及中央高校基础科研业务费的支持。

文章链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c04523

来源：中国海洋大学