Advanced Materials|通过多巴胺驱动的界面纳米重建，解锁 MOF 纳米酶中高效的 SOD 转 CAT 催化继电器，用于骨关节炎治疗

骨关节炎（OA）由炎症和活性氧物种（ROS）的恶性循环驱动。虽然钴基金属有机框架（MOF）纳米酶是强效的过氧化氢酶（CAT）模拟体，但其治疗效果因其固有的弱超氧化物变异酶（SOD）样活性而受限，该活性阻止了全链 ROS 的清除。我们通过一种创新的“预嵌入/激活”策略解决了这一失衡。该方法通过将 Zn 2+预嵌入钴基框架，以创造稳定且可活化的前体。随后多巴胺（DA）驱动的“激活”重塑了潜在的锌/铄-氮协调位点，通过协同放大 SOD 样活性，实现高效的 SOD 至 CAT 催化继承，实现整个 ROS 级联的无缝消除。这种强大的清除能力通过抑制 ROS 介导的 S100A8/NF-κB 信号轴及其破坏性正反馈回路，恢复线粒体功能并重新编程巨噬细胞，使其趋向抗炎的 M2 表型。由此产生的免疫调节在大鼠骨关节炎模型中转化为深远的治疗效果，同时促进软骨细胞合成以实现显著软骨修复，同时抑制周围神经敏化，提供持续的疼痛缓解。因此，我们的研究确立了纳米级界面重建作为一个强大且合理的平台，用于工程纳米酶内复杂的催化继电器，应用于先进生物医学应用。

该研究以题为“Unlocking an Efficient SOD-to-CAT Catalytic Relay in a MOF Nanozyme via Dopamine-Driven Interfacial Nanoreconstruction for Osteoarthritis Therapy”发表在Advanced Materials上。

图1

ZIFZn/Co 和 ZIFZn/Co@PDA 纳米酶的理化表征：（A）ZIFZn/Co 和（B）ZIFZn/Co@PDA 的透射电镜图像及相应的能谱面分布图（比例尺：100 nm）；（C）Zeta 电位；（D）XRD 图谱；（E）紫外-可见吸收光谱；（F）FTIR 光谱；（G）拉曼光谱；（H）XPS 全谱；（I）纳米酶的 N2 吸附-脱附等温线。

ZIFZn/Co 和 ZIFZn/Co@PDA 的酶活性表征及 DA 激活类超氧化物歧化酶（SOD）活性的机制。（A）在 50 mM H₂O₂ 溶液中，100 µg mL⁻¹ 纳米酶催化产生溶解氧的时间进程曲线（10 分钟）。（B）在 20 mM H₂O₂ 溶液中，ZIFZn/Co@PDA 浓度依赖的类过氧化氢酶（CAT）活性测定（20 分钟）。（C）ZIFZn/Co 和 ZIFZn/Co@PDA 的米氏动力学拟合曲线。（D）ZIFZn/Co@PDA、PDA 和 ZIFZn/Co 的剂量-反应曲线及计算得到的 IC₅₀ 值。（E、F）高分辨率 N 1s XPS 谱图：（E）ZIFZn/Co；（F）ZIFZn/Co@PDA。（G）纳米酶 ZIFZn/Co 和 ZIFZn/Co@PDA 中 N 和 Co 元素化学态的比例（XPS 精细谱分析）。（H）简化 Co-N₄ 模型的 Bader 电荷分析（左图：Co-吡啶氮构型，对应 ZIFZn/Co；右图：Co-吡啶/吡咯氮混合构型，对应 ZIFZn/Co@PDA）。

总结

骨关节炎的痛点在于炎症和活性氧互相“拱火”，形成一个恶性循环。常规钴基MOF纳米酶虽然有过氧化氢酶活性，但超氧化物歧化酶活性太弱，切不断这个链条。这项研究想了个巧办法：先在钴框架里预嵌入锌离子，再用多巴胺驱动界面重构，造出ZIFZn/Co@PDA核壳纳米酶。结果很漂亮——重构后的纳米酶不仅SOD活性比原来提高了4.5倍，而且对底物的亲和力提升了20多倍，真正打通了SOD到CAT的接力催化。实验证明，它能高效清除细胞内外的超氧阴离子和过氧化氢，修复线粒体膜电位，恢复ATP生成。机制上，它通过下调S100A8表达、抑制NF-κB通路和糖酵解，把促炎的M1型巨噬细胞拉回抗炎的M2型，进而保护软骨细胞（胶原II和SOX9上调，MMP3和ADAMTS5下调），同时抑制施万细胞迁移和NGF/c-Fos表达，缓解外周神经敏化。在大鼠OA模型里，关节腔注射后软骨退变明显减轻，疼痛阈值显著提高。说白了，这套“界面纳米重建”策略把纳米酶的催化短板补上了，从源头打破了氧化-炎症的循环，既有结构修复又有症状缓解，是个值得关注的治疗思路。

参考文献：