在生物体中，天然酶的催化反应中心在其特定的金属离子，该金属中心的配位环境决定着催化反应的动力学和热力学。因此，科学家们设想，如果模拟天然抗氧化酶（如超氧化物歧化酶SOD和过氧化氢酶）的金属中心的配位环境来设计新型催化剂，或许就可以使其具备和天然抗氧化酶相似的催化能力，作为人工抗氧化酶在生物体中发挥催化抗氧化反应的作用，实现各种活性氧（reactive oxygen species，ROS）相关的疾病如关节炎症的治疗。常规的抗氧化剂（抗坏血酸、谷胱甘肽等）在反应中作为反应物不断消耗，效果难以持续，而这类催化剂在反应前后组分不发生变化，因此效果较为持久，所需的剂量小。 

　　近期，中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林院士课题组结合研究团队在“纳米催化医学”领域的研究基础，首次将催化抗氧化的思想成功应用于关节炎症的治疗。由于锰卟啉的Mn中心的配位环境同时和SOD和过氧化氢酶的金属中心的配位环境相似，因此同时具有类似两种天然抗氧化酶的催化活性，可以分别将超氧阴离子（O₂^？-）和过氧化氢（H₂O₂）有效清除。研究团队利用纳米药物在关节处原位合成具有催化抗氧化效果的锰卟啉，有效清除关节处的活性氧，缓解炎症。 

　　研究团队构建了锰掺杂的空心介孔氧化硅纳米颗粒（Mn-HMSNs），并在其空腔中负载水溶性卟啉分子。在炎症关节的酸性微环境中，这种复合纳米药物降解释放出Mn²⁺、卟啉分子和硅酸盐组分，前两者可以发生配位反应进一步生成锰卟啉。锰卟啉的催化抗氧化效果会使得关节内促炎性的M1型巨噬细胞转变为抗炎性的M2表型，实现炎症的治疗。另一方面，纳米药物降解释放的硅酸盐组分可以作为羟基磷灰石的成核中心，有利于成骨干细胞的成骨分化和关节处骨组织的修复，实现协同治疗的效果。 

　　该研究工作以“In Situ Synthesis of Natural Antioxidase Mimics for Catalytic Anti-Inflammatory Treatments: Rheumatoid Arthritis as an Example”为题发表在美国化学会志Journal of the American Chemical Society上（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 314-330, DOI: 10.1021/jacs.1c09993），并被选为封面文章。第一作者为上海硅酸盐研究所2017级直博生杨博文，导师为施剑林院士。研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究计划、上海市政府科技项目、医科院创新单元项目的资助和支持。 

　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c09993

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