近日，东南大学化学化工学院、江苏省富碳材料器件工程实验室张袁健教授课题组（https://Zhang.team）在纳米酶分子活性中心调控方面取得重要进展，其研究成果以“Fe-N-C Nanozyme with Both Accelerated and Inhibited Biocatalytic Activities Capable of Accessing Drug-Drug Interaction”为题在化学领域顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed.（《德国应用化学》）在线发表。
数万年的自然演化赋予了天然酶高活性、高底物选择性的精巧结构，然而其分离/纯化成本高昂，极端条件下易失活。为此，纳米酶作为一类既有纳米材料理化特性，又蕴含酶学催化功能的新一代人工模拟酶应运而生。自2007年纳米氧化铁被首次发现具有类酶活性以来，越来越多的纳米酶被应用于生物传感、肿瘤治疗等重要领域。如同汽车的刹车和油门，如何模拟天然酶的抑制效应，发展纳米酶更高级的生物功能，与传统研究中提高纳米酶活性一样，意义重大。然而，由于常见纳米酶缺乏天然酶类似的分子活性中心，使得该项研究充满挑战。
针对这一问题，该课题组提出通过赋予纳米酶Fe-Nx活性分子中心的策略模拟天然酶更高级的生物功能，发现低温碳化的Fe-N-C呈现出极具竞争力的类P450酶催化反应活性，其Fe-Nx活性位点的含量和构型共同主导了类P450酶催化过程，并且与其常见的电化学催化过程中具有不同的电子传递途径。鉴于P450酶参与了人体约50%的内源性及外源性药物代谢，并且多种药物同时服用可能会影响P450酶代谢，引起不良药物反应，甚至致亡，该研究进一步利用Fe-N-C模拟了P450酶对二氢吡啶降压药（1,4-DHP）的代谢。在常见抗菌药、抗生素或西柚汁的共同作用下，Fe-N-C表现出与P450酶类似的抑制行为，机理研究表明Fe-Nx活性中心对氧分子的活化及其与这些药物/食品不同的作用方式起到了关键作用。
该研究为探索纳米酶更高级的生物功能提供了一个新思路，同时也揭示了Fe-N-C在一定程度上可替代昂贵的P450酶在药物代谢体外初筛、用药剂量指导等药物-药物相互作用研究中具有广阔的应用前景。
本文的第一作者是东南大学硕士生许嫄，张袁健教授为论文唯一通讯作者。该工作得到国家自然科学基金委、江苏省双创团队、江苏省科技厅等项目资助。
论文链接为:https://doi.org/10.1002/anie.202003949
供稿：化学化工学院