分享一篇近期发表在Biomaterials上的文章，题目为Nanohybrid urate oxidase with magnetically switchable catalytic potential for precise gout therapy。文章的通讯作者是西北大学的樊海明教授与和媛教授。

    通过补充酶类药物来干预细胞代谢的酶疗法被用于治疗多种代谢类疾病。例如，尿酸氧化酶（UOx）能够以较小的剂量实现比小分子药物更好的尿酸降低和尿酸钠晶体溶解的效果从而治疗痛风。然而，难以控制引入体内的UOx活性可能会带来安全性和有效性的问题。因此，开发能够在体内进行酶活调控的UOx治疗系统有利于实现痛风的精准治疗。

图1. Fe₃O₄ NR@UOx通过外加交变磁场控制催化活性示意图

    将治疗性酶与响应性纳米粒子偶联可以实现通过施加外场对酶活远程调控。例如，通过施加交变磁场（AMF），可以使磁性纳米粒子产生纳米尺度的磁热效应。因此，本文作者开发了一种由四氧化三铁纳米环核（Fe₃O₄ NR）与UOx壳构成的循环级联纳米杂交系统（Fe₃O₄ NR@UOx）。其中，Fe₃O₄NR不仅可以作为UOx的载体增加其在关节腔中的保留时间，更能够响应外加AMF的作用发挥催化过氧化氢生成氧气的过氧化氢酶模拟物功能，从而建立级联催化循环，调控UOx的活性。

图2. Fe₃O₄ NR在AMF下的过氧化氢纳米酶活性

    如图2所示，作者首先证实了磁场加热对于Fe₃O₄ NR催化能力的影响。在磁场强度为400 Oe时，Fe₃O₄ NR的温度可以在600秒内上升24.1℃，且磁场的施加确实可以加速过氧化氢的分解，过氧化氢分解的速率及氧气产生量随磁场强度的增加而增加，证实了施加磁场对于Fe₃O₄ NR催化活性的提升。

图3. Fe₃O₄ NR@UOx在AMF下的表征和催化活性

    如图3所示，作者将UOx偶联在表面羧基功能化的Fe₃O₄ NR上。TEM显示出了Fe₃O₄ NR表面的蛋白层，红外光谱中酰胺键的出现也证实了UOx与Fe₃O₄ NR的成功偶联。偶联之后的粒径略有增大，而磁热效应没有改变。在仅有UOx存在时，AMF的施加与否并不影响尿酸消耗的速率，且可以检测到过氧化氢的不断积累，而对于Fe₃O₄ NR@UOx，在施加AMF后尿酸含量下降的速率明显增加，且由于Fe₃O₄ NR的催化分解，过氧化氢的含量保持恒定，证实了Fe₃O₄ NR的级联催化效果，而两者的物理混合或使用没有过氧化氢催化活性的氧化铁则都无此效果。通过磁热效应的激活，Fe₃O₄ NR@UOx的酶活在9次循环中都保持稳定，而使用宏观的水浴加热则会导致酶活的丧失，可能与反复的宏观温度改变影响UOx的结构有关。

图4. AMF控制Fe₃O₄ NR@UOx调控尿酸稳态和尿酸钠晶体溶解

    如图4所示，作者原位表征了体外Fe₃O₄ NR@UOx存在下尿酸浓度随AMF开关的变化。通过不断开关AMF，无论是否外加尿酸都能将溶液中的尿酸含量维持在合理水平。此外，Fe₃O₄ NR@UOx在施加AMF时也能够有效导致尿酸钠晶体的溶解。 

图5. Fe₃O₄ NR@UOx的生物安全性

    如图5所示, 作者首先表征了Fe₃O₄ NR@UOx、AMF以及两者共同施用的细胞毒性，在Fe₃O₄ NR@UOx浓度为25 μg/mL，AMF场强为300 Oe时，细胞活性仍有86%保留，证实了其生物相容性。接下来，作者通过生物发光成像证实，荧光标记的Fe₃O₄ NR@UOx在关节内注射后可在其中滞留十天，而组织形态学染色则证实这种长时间的滞留不具有毒性或免疫响应。

图6. Fe3O4 NR@UOx对痛风大鼠的治疗

    如图6所示， 作者构建了大鼠急性痛风模型。通过检测大鼠关节的肿胀程度和局部温度，作者证实了关节内注射Fe₃O₄ NR@UOx并施加五次AMF的组具有最好的治疗效果。步态分析也显示此种治疗方法下大鼠的行走能力与假手术组最为接近，证实其对疼痛的缓解和对行走能力的提升。对大鼠的关节内尿酸含量进行检测，Fe₃O₄ NR@UOx+AMF组也具有最好降低尿酸的效果，免疫组化染色也显示出了炎症相关细胞因子的显著下降。

    综上所述，本文开发了一种UOx和 Fe₃O₄纳米环的杂交系统，通过Fe₃O₄ NR响应磁场催化过氧化氢分解产生氧气的能力调控UOx的酶活，从而以催化级联的方式有效可控地治疗痛风。

作者：ZHR  审校：ZXY

DOI: 10.1016/j.biomaterials.2025.123277

Link: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2025.123277