摘要：植物多酚在自然界储量丰富，在畜牧业、食品和医学领域中得到广泛应用。天然植物多酚化合物木犀草素具有良好的抗肿瘤特性，但因水溶性差，通过肾脏迅速排泄，导致其全身吸收程度也很低，这限制了药用价值。而金属配合物可经常改变天然产物的特性，例如增加水溶性和耐热性，和并赋予
*今日头条上无法显示上标、下标，欲获得更好的阅读体验请前往微信公众号。
*本文首发于“纳米酶 Nanozymes”公众号，2025年05月13日 江苏。
*编辑：张祖豪
❖
背景介绍
植物多酚在自然界储量丰富，在畜牧业、食品和医学领域中得到广泛应用。天然植物多酚化合物木犀草素具有良好的抗肿瘤特性，但因水溶性差，通过肾脏迅速排泄，导致其全身吸收程度也很低，这限制了药用价值。而金属配合物可经常改变天然产物的特性，例如增加水溶性和耐热性，和并赋予一些特殊生物学功能。近日，四川农业大学理学院王显祥教授团队，在《Inorganic Chemistry》发表题为“Luteolin-Manganese Nanozyme Induces Apoptosis and Ferroptosis for Enhanced Cancer Therapy”的研究论文（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.4c05083）。该研究通过将天然植物多酚化合物木犀草素与微量营养元素锰相结合，成功构建了一种新型的类酶活性材料（Lu-Mn纳米酶）。该材料不仅具有良好的生物相容性和生物安全性，还能在微酸性肿瘤微环境中高效地将H₂O₂转化为具有强氧化能力的羟基自由基（·OH），从而有效诱导肿瘤细胞凋亡和铁死亡，显著抑制肿瘤生长。这一创新性研究为癌症治疗提供了全新的策略，并为天然植物多酚和微量营养元素在生物医学领域的应用开辟了新的方向。
1. 材料表征
图 1 (a) Lu-Mn纳米配合物酶的SEM图像。(b) XPS全光谱。(c) FT-IR。(d) Mn K边 XANES 光谱的比较。(e) Mn K边 EXAFS光谱的对比，在k2加权R空间中显示。(f) Lu-Mn纳米配合物的Mn K-边缘EXAFS（点）和拟合（线），显示在k2加权R空间中。(g) Lu-Mn纳米配合物的MnK-边缘EXAFS（点）和拟合（线），显示 在k2加权k空间中。(h) 样品的子波变换。(i) H2O2、Luteotin和Lu-Mn纳米配合物检测·OH的EPR光谱。
通过SEM和TEM可以证明Lu-Mn的成功合成，XPS和FT-IR测试，XPS结果证明Lu-Mn主要含有C、O和Mn这三种元素，XPS Mn2p的峰拟合结果表明Lu-Mn中锰离子为二价；FT-IR表明于Mn2+与木犀草素进行了配位反应，形成了稳定的金属配合物。XAS结果表明Lu-Mn中Mn元素的主要配位模式是Mn-O配位且Mn-O配位数为2.4(≈2)，说明样品形成Mn-O2 (- O -Mn - O -)的构型。
2．性质测定
图 2 (a) TMB+H2O2+Lu-Mn在不同Lu-Mn浓度下的紫外-可见吸光度。(b) 不同pH条件下650 nm处紫外-可见吸光度的差异。(c) 不同温度条件下650 nm处紫外-可见吸光度的差异。(d) 以H2O2为底物Lu-Mn POD样活性的动力学测定。(e) 以H2O2为底物Lu-Mn POD样活性的Lineweaver-Burk图。(f) PBS+MB+H2O2+Lu-Mn在不同Lu-Mn浓度下的紫外-可见吸光度。
先采用TMB与H2O2氧化的比色法证明定Lu-Mn产生·OH的能力较强，Lu-Mn在 pH=1.0-4.5的酸性条件和 30-60 ℃的宽温度范围具有良好活性。然后在最佳条件下，对Lu-Mn以H2O2为底物的酶促反应进行了米氏动力学分析，结果证明了其POD样酶活性的低水平高效催化活性。采用MB比色法来补充验证Lu-Mn将H2O2转化为·OH的能力，结果说明Lu-Mn具有很强的将H2O2转化为·OH的能力。
3．体外检测Lu-Mn杀死肿瘤细胞的能力
图 3 (a) 不同浓度Lu-Mn对小鼠肝癌细胞H22的细胞毒性。(b) 不同浓度的(Ch3COO)2Mn、Luteolin、Lu-Mn对小鼠肝癌细胞H22的细胞毒性。(c-f) 用CCK-8检测Lu-Mn处理的H22细胞的细胞活力，分别用ZVAD(凋亡抑制剂）、DFO(铁死亡抑制剂）、ec1(细胞坏死抑制剂）、HCQ(细胞自噬抑制剂）共孵育。
通过CCK8染色法测试了Lu-Mn处理的H22细胞的细胞死亡情况，结果表明Lu-Mn具有良好的H22细胞杀伤能力，并且在相同剂量下Lu-Mn比Luteolin和(Ch3COO)2Mn能杀死更多的H22细胞。为了确定Lu-Mn诱导的细胞死亡类型，我们使用凋亡（ZVAD）抑制剂、和铁死亡（DFO)抑制剂、自噬(HCQ)抑制剂、坏死性凋亡(Nec-1)抑制剂治疗Lu-Mn给药条件下的H22细胞死亡，结果表明配合物Lu-Mn可以诱导凋亡和铁死亡。最后通过Annexin V-FITC/DAPI细胞凋亡实验进一步研究不同浓度的细胞凋亡，实验结果表明Lu-Mn具有使H22凋亡的能力。
图 4 (a) Annexin V-APC/PI检测不同浓度Lu-Mn处理的H22细胞，并进行(b)定量。(c) 蛋白blot分析经Lu-Mn处理的H22细胞中裂解Cleaved Caspase3和裂解Cleaved Caspase9，并(d)定量。(e) western blot分析经Lu-Mn处理的H22细胞中的pNRF2、NRF2和GPX4，并(f)定量。
采用western blot实验，明确了Lu-Mn使肿瘤细胞死亡的机制。实验结果表明，Lu-Mn组肿瘤细胞中凋亡相关Caspase 3、Caspase 9的含量明显增加。同时Lu-Mn也抑制了铁死亡相关蛋白GPX4、NRF2和pNRF2的表达。
4．体内检测Lu-Mn的生物安全性和杀死肿瘤细胞的能力
图 5 (a) 不同浓度Lu-Mn对正常肝细胞Hepa的细胞毒性。(b) 不同浓度Lu-Mn对巨噬细胞RAW264.7的细胞毒性。(c) 不同浓度Lu-Mn的溶血率。(d) 分别注射PBS和Lu-Mn 28天小鼠的体重。(e) 分别注射PBS和Lu-Mn 7天和28天小鼠的AST。(f) 分别注射PBS和Lu-Mn 7天和28天小鼠的ALT。(g) 分别注射PBS和Lu-Mn 7天和28天小鼠心肝脾肺肾的HE图像。
通过CCK8染色法测试了Lu-Mn处理的正常细胞的细胞死亡情况，结果表明Lu-Mn对正常肝细胞Hepa和巨噬细胞RAW264.7的毒性很小。评估了Lu-Mn在正常小鼠体内的安全性，实验结果表明对照组和注射Lu-Mn小鼠的体重无显著差异。血液结果显示，注射Lu-Mn 7天和28天后，小鼠的丙氨酸转氨酶(ALT)和天冬氨酸转氨酶(AST)水平也没有明显变化，血常规各项指标也没有明显变化，这些结果表明Lu-Mn对肝脏没有明显的毒性。此外，注射Lu-Mn小鼠的心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏的苏木精和伊红(HE)染色切片未发现组织或细胞损伤。
图 6 (a) 肿瘤建模与治疗示意图。(b) 用生理盐水、锰、木犀草素、索拉非尼、舒尼替尼和Lu-Mn纳米配合物治疗12天的荷瘤小鼠的体重。(c) 用生理盐水、Mn、木犀草素、索拉非尼、舒尼替尼和Lu-Mn纳米配合物处理荷瘤小鼠12天后的肿瘤体积。(e) 用生理盐水、Mn、木犀草素、索拉非尼、舒尼替尼和Lu-Mn纳米配合物Cleaved Caspase9，(f) 定量。(g) Western blot分析Lu-Mn纳米配合物处理的H22细胞中pNRF2、NRF2和GPX4，(h) 定量。(i) 在小鼠解剖时拍摄的肿瘤。
为了评价Lu-Mn在体内的抗肿瘤活性，采用了Lu-Mn瘤内注射给药的方式对H22肿瘤模型的雄性小鼠进行了治疗。实验结果表明，与对照组小鼠相比，经Lu-Mn处理的小鼠在处理期间体重无显著差异，且小鼠健康状况良好。注射Lu-Mn能明显抑制H22肿瘤的生长，且Lu-Mn治疗组肿瘤大小明显小于各个对照组。这些抗肿瘤实验结果表明，Lu-Mn在体内诱导肿瘤细胞死亡。为了揭示Lu-Mn在肿瘤组织中的细胞毒性机制，作者采用Western blot方法检测了凋亡以及铁死亡关蛋白的表达。Caspase3、Caspase9蛋白量的升高证实了Lu-Mn处理的肿瘤中凋亡的存在。GXP4、pNRF2、NRF2的降低证实了Lu-Mn处理的肿瘤中铁死亡的存在。综上所述，Lu-Mn在体内具有良好的抗肿瘤活性。
小 结
利用天然植物多酚类化合物与金属锰离子成功合成了一种名为Lu-Mn的纳米酶，该纳米酶具有良好的生物相容性和生物安全性，在酸性条件下（肿瘤微环境）将H2O2转化为具有很强毒性的·OH，可以通过凋亡协同铁死亡两种细胞死亡方式杀死灭肿瘤细胞。同时Lu-Mn纳米酶的成功合成为癌症治疗提供了新的策略与方向。
来源：小高的科学课堂