人工金属酶切割肿瘤细胞DNA及实时动态监测抗肿瘤治疗效果示意图。图片来源：《科学进展》

人工金属酶作为一种潜在的分子药物，有望在人体内靶向治疗癌细胞，减少癌症治疗副作用。但未搞清内部催化机制时，其应用就显得有些束手束脚。

本月，北京工业大学和中科院高能物理所联合的研究团队在《科学进展》上报告了一项研究，他们阐明了一种人工金属酶的精细分子结构和能级分布特征，并揭示了这种仿生酶的催化活性机制。

天然酶有高效的催化性能，但生物医学中的应用对酶的稳定性和免疫原性有更高要求。为此，研究者对酶进行了一系列改造，使其得以在更多生物反应中施展拳脚。

在新发表的研究中，科学家设计出活性中心为铜团簇的人工金属酶，辅以肿瘤靶向肽和血清白蛋白——前者帮助酶与肿瘤细胞定向结合，后者让酶更稳定、活性更高。为血清白蛋白换上金属团簇内核后，其生物兼容性和金属催化能力都有所改良。

经过一系列计算和实验，科学家发现，这种人工金属酶与底物匹配度良好。而且，由于自身独特的几何形状，人工金属酶在肿瘤微环境中可长期、稳定、选择性地让过表达的过氧化氢转化，使其变为羟基自由基和氧气。羟基自由基既能持续切割肿瘤细胞的DNA，让治疗更高效，还能产生灵敏的化学发光，便于人们动态追踪疗效。

研究团队还发现，随着催化反应的进行，人工金属酶的活性中心并不会损耗，因为团簇的金属价态实现了封闭式周期性循环，确保反应更稳定、持续。

这项研究意味着人工金属酶的合成向精准按需又迈进一步。此外，金属团簇独特的催化动力学和稳定性构造出新的反应路径，帮助人们建立可视化检测、高效治疗特定肿瘤的新方法。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abb1421