热点纳米酶抗病菌——他们已经总结好了！

纳米酶因兼具天然酶的催化性质与纳米材料的良好特性而被广泛开发；且与天然酶相比，纳米酶具有稳定性高、成本低、易于制备生产等优势。纳米酶所具有的类酶活性和物理化学性质，使其在快速检测病原微生物以及治疗由微生物感染引起的相关疾病中表现出优异的灵敏度和治疗效果。在新型冠状病毒（COVID-19）席卷全球的背景下，阎锡蕴、范克龙团队总结了纳米酶在检测和杀灭细菌、病毒等病原微生物中的应用，为应对重大生物安全威胁和防范生物安全危害时，开发基于纳米酶的检测和抗病原微生物治疗策略提供依据。

纳米酶检测细菌和病毒

病原微生物的检测方面，纳米酶可发挥类过氧化物酶或氧化酶活性催化显色试剂、化学发光试剂产生有色物质和光辐射，或发挥过氧化氢酶活性催化气体生成作为信号探针，实现对病原微生物快速、灵敏的检测。细菌感染可引起严重的人体反应甚至导致病症。目前，多种纳米酶被用于构建细菌检测生物传感器，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、单增李斯特菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌等10余种细菌具有较高检测灵敏度。文中简要介绍了基于不同金属或金属化合物纳米颗粒的检测方法，从比色法到免疫测定都有所涉及。

图1. a)免疫球蛋白Y(IgY)包裹的银纳米簇(AgNC)与纳米金用于检测单增李斯特菌

b)基于金/铂/二氧化硅复合纳米颗粒的“泡沫免疫测定法”检测大肠杆菌O157:H7

纳米酶还可作为检测信号放大器，增强病毒检测的灵敏度和特异性。目前，被应用于检测呼吸道合胞病毒（RSV）、流感病毒、埃博拉病毒（EboV）、乙型肝炎病毒（HBV）人免疫缺陷病毒（HIV-1）及新型冠状病毒（COVID-19）等10多种病毒。例如，在甲型流感病毒HA的ELISA检测中，Oh等通过Fe3O4磁性纳米珠和金纳米粒子实现了流感病毒的识别分离并大大提升了检测的灵敏度。

图2.基于Fe3O4磁性纳米珠和金纳米粒子检测甲型流感病毒HA

纳米酶用于抗细菌和抗病毒

在抗细菌方面，纳米酶的抗菌机制与抗生素不同，有望克服细菌的抗生素耐药性问题。现有的纳米酶主要通过模拟氧化酶与过氧化物酶活性催化生成ROS，大量的ROS可破坏微生物的活性成分（细胞膜、蛋白质、核酸等）直接杀灭细菌。同时，一些纳米酶还可释放少量金属离子干扰细菌代谢，或增强细菌的自噬作用，从而起到杀灭细菌的效果。如Yu等利用Fe3O4纳米酶催化ROS生成与银纳米粒子组成的联合抗菌系统可用于长期对抗革兰氏阴性菌和阳性菌。另外，纳米酶也可协同光热疗法、声动力疗法等联合抵抗细菌感染。

图3. a）聚乙二醇修饰的硫化钼纳米酶（PEG-MoS2）联合近红外光抗氨苄青霉素抗性大肠杆菌.b）Pd@Pt纳米酶联合超声波杀灭耐甲氧西林金黄色葡萄球菌

进一步地，文中介绍了纳米酶在抗菌中的应用，包括清除细菌生物膜、治疗细菌感染性疾病和预防生物污染。鉴于其出色的抗菌性能和良好的生物安全性，纳米酶在伤口消毒、治疗口腔溃疡、龋齿、细菌性角膜炎等疾病中表现出良好的应用潜力。如维生素B2修饰的IONzyme可促进口腔溃疡的愈合；具有过氧化氢酶活性的石墨烯量子点绷带可消灭伤口中的金色葡萄球菌，缓解炎症。

图4. 石墨烯量子点绷带（GQD-Band-Aid）促进伤口愈合

在抗病毒感染方面，纳米酶可阻断病毒吸附进入宿主细胞、作为载体递送干扰病毒基因组复制的药物以及发挥类酶活性直接破坏病毒结构。在不慎感染病毒后，纳米酶亦可中和炎性细胞因子并清除机体炎症反应。如具有多酶活性的纳米二氧化铈可通过发挥过氧化氢酶和类超氧化物歧化酶活性清除ROS，抵抗炎症损伤，还可影响多种细胞因子来源，减弱细胞因子信号传导，进而阻断病毒感染后疾病进展。

图5. a）IONzyme催化脂质分子氧化抗病毒.b）纳米二氧化铈干扰细胞因子信号传导

除抗病毒感染外，纳米酶还被应用于开发防病毒装备和病毒疫苗。例如，IONzyme在中性条件下可发挥类脂质氧化酶活性，破坏流感病毒表面的脂质包膜，并进一步产生自由基破坏病毒蛋白以抵御多种流感病毒亚型，可用于开发病毒防护装备；经壳聚糖修饰的氧化铁纳米酶也被用于H1N1流感病毒疫苗的研制，极大地提高了鼻黏膜疫苗的免疫效率。

总结

该篇文章综述了纳米酶在检测及抵抗细菌病毒等致病微生物的研究及应用，向读者展示了纳米酶抗病原微生物的多种可能，及其作为生物安全材料的巨大应用潜力。作者也整理了当下该研究中待提升的重点，如灵敏度的提高、抗病菌种类的扩展、抗病菌机制的阐明与生物安全性的保障；并提出纳米酶的活性优化、表面修饰、可控激活等策略可用于纳米酶向成熟生物安全材料的迈进。

纳米酶是一种新兴的生物材料，兼具酶的催化特性及纳米材料的尺寸优点；将其优良特性引入多方面研究，则有望推动现有成果的进一步发展。