基于单原子Pd纳米酶的铁死亡促进的低温光热治疗

热疗（HTT）指利用不同的激发源（射频、微波、超声、激光等）对局部癌变组织进行升温以实现肿瘤的热消融，其已成为继手术、放疗和化疗后的主要治疗方法。其中，光热治疗（PTT）作为一种时空可控的HTT模式，因其生物侵袭性小、选择性高、成本低而备受关注。PTT通常利用光热转换剂将光能转换为热能，从而高效地杀死癌细胞。为了将肿瘤完全切除，PTT需要将癌组织温度升高到50°C以上。如此高的温度不仅能消融肿瘤，同时也会通过热扩散对病灶周围的正常组织造成热损伤。为了避免这个问题，研究者们开始使用低温PTT (38-43°C)去诱导癌细胞死亡。然而，由于癌细胞能激活其自我保护路径，如热休克蛋白(HSPs)，以快速修复低热造成的细胞损害，低温PTT的治疗效果往往不够理想。尽管一些小分子HSPs抑制剂，如藤黄酸、17-AAG、雷公藤甲素、STA-9090等可减弱癌细胞的抗热性，然而其较差的溶解性、急性细胞毒性和血清不稳定性的特点使它们在复杂的生理环境下难以安全地实现HSPs的完全沉默。

脂质过氧化物(LPO)和活性氧物种(ROS)为清除HSPs提供了新颖的途径。LPO能自发形成醛降解产物，使蛋白质的伯胺交联，从而破坏蛋白质的结构和功能。此外，具有高度化学活性的LPO能进一步自发产生大量的ROS，生成的ROS也可以与蛋白质发生反应形成交联物。基于此，中国科学院长春应用化学研究所林君研究员（点击查看介绍）团队联合广州医科大学侯智尧教授（点击查看介绍）团队制备了可充分利用原子催化中心的高催化活性的单原子Pd纳米酶(Pd SAzyme)，并首次提出了铁死亡促进低温PTT的概念。

在近红外二区具有较强光吸收能力的Pd SAzyme表现出优异的光热转换性能。为了保护光热损伤可能波及的正常组织，作者采用较温和的温度(38-43°C)来治疗肿瘤。在正常生理环境下，由于HSPs的保护作用，基于Pd SAzyme的低温PTT保持“关闭”状态，其不会对正常组织造成任何损伤。在双氧水(H₂O₂)和谷胱甘肽(GSH)过表达的肿瘤微环境中，具有原子经济利用的过氧化物酶(POD)和谷胱甘肽氧化物酶(GSHOx)活性的Pd SAzyme能够高效催化ROS的产生和GSH的消耗，从而导致癌细胞中LPO的大量累积并引起铁死亡。尽管癌细胞可通过上调HSPs表达来开启保护机制对PTT产生抵抗，Pd SAzyme可通过铁死亡过程中产生的大量的LPO和ROS消耗HSPs来促进低温PTT获得显著治疗效果。据作者所知，这是第一份阐明铁死亡在促进低温PTT中作用的报道。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是中国科学院长春应用化学研究所博士研究生常梦宇。

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Single Atom Pd Nanozyme for Ferroptosis-Boosted Mild-Temperature Photothermal Therapy

Mengyu Chang, Zhiyao Hou*, Man Wang, Chunzheng Yang, Ruifeng Wang, Fang Li, Donglian Liu, Tieli Peng, Chunxia Li*, and Jun Lin*

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202101924

侯智尧教授简介

侯智尧，广州医科大学基础医学院教授，博士生导师。2009年于哈尔滨工程大学获得博士学位，2010年至2018年中国科学院稀土资源利用国家重点实验室工作，2019年起就职于广州医科大学。主要研究方向：针对光能转换材料合成与应用中的基本科学问题，以电子跃迁和稀土离子能量传递为理论基础，结合医学、生物学、材料学和化学等多学科交叉的研究优势，开展新型纳米光能转换材料构建及其在肿瘤光学诊疗中应用的基础研究，实现了多模态影像导航下的近红外光响应抗肿瘤协同治疗；结合肿瘤治疗临床标准开展肿瘤微环境响应的温度可控的光热治疗；同时开展纳米光能转换材料在牙周相关疾病和神经退行性疾病治疗及骨修复方面的应用研究。主持多项国家自然科学基金，在Adv. Mater.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Small、Biomaterials、Chem. Mater. 等国际学术期刊上发表学术论文100余篇，这些论文共被他人引用7600余次(H指数52)。

https://www.x-mol.com/university/faculty/94622 

林君研究员简介

林君，中国科学院长春应用化学研究所研究员，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，英国皇家化学会会士，科技部重点领域创新团队负责人，中国稀土学会理事，中国稀土学会发光专业委员会主任，Scientific Reports、中国稀土学报（中英文版）和发光学报编委。2002年获得国家杰出青年科学基金；2004年获得国务院政府特殊津贴；2007年入选“新世纪百千万人才工程国家级人选”；2017年入选万人计划“科技创新领军人才”。课题组自2000年以来一直从事纳-微米结构发光材料的控制合成、形态结构和性能调控及其在显示照明及生物医学领域的应用基础研究。在各种稀土发光材料的形貌控制技术、发光薄膜及其图案化技术、特色FED发光材料、多功能稀土上转换发光材料在生物成像和药物控制传递与释放等方面做出了具有原始创新和国际影响的研究工作。曾经/正在承担科技部973项目子课题、国家自然科学基金杰出青年基金项目、重点项目以及若干面上项目和国际合作项目。2009年和2014年分别获吉林省科技进步一等奖和吉林省自然科学一等奖。2014-2017连续四次入选“汤森路透全球材料领域高被引科学家”名录。至今已在国内外核心期刊如Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Mater. Today、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chem. 等上面发表学术论文700余篇，截止目前这些论文共被他人引用50000余次 (H指数120)；获授权中国发明专利8项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/15805