恶性黑色素瘤（MM）是一种以快速进展和转移潜能为特征的癌症，对全球健康构成重大威胁，导致全球近80%的皮肤癌死亡病例。

近日，川北医学院附属医院李玲团队在Chem. Eng. J.上发表题为“Nature-Inspired cell membrane-coated artificial biocatalysts with Os-single-atom sites and multienzyme-Mimetic activities for targeted tumor therapy”的论文。明确锇（Os）单原子与氧空位（Ov）的协同作用，以及“ROS爆发→线粒体损伤→凋亡通路激活”的治疗路径，为开发肿瘤治疗及其他ROS相关疾病领域的高性能活性氧催化材料提供了新思路。拜谱生物为该研究提供了转录组学检测服务。

英文标题：Nature-Inspired cell membrane-coated artificial biocatalysts with Os-single-atom sites and multienzyme-Mimetic activities for targeted tumor therapy（Chemical Engineering Journal IF:13.2）

中文标题：受自然启发的细胞膜包覆人工生物催化剂（具有锇单原子位点及多酶模拟活性）用于靶向肿瘤治疗

客户单位：川北医学院附属医院

研究材料：小鼠肿瘤组织

拜谱提供技术：转录组学

技术路线：

一、研究结果

01.人工生物催化剂的合成与表征

作者设计了一种新型高效人工生物催化剂。扫描电子显微镜（SEM）和高分辨透射电镜（HR-TEM）显示，该催化剂呈现球形结构且具有超小纳米尺度。动态光散射（DLS）技术证实了CCM在OsCu-Ov上的成功包覆，能量色散光谱（EDS）图谱显示单原子位点的形成（图1 a-f），X射线光电子能谱（XPS）和X射线吸收谱（XAS）技术表征结果证明人工生物催化剂的成功制备（图2 a-g）。

图1 OsCu-Ov人工生物催化剂的设计和结构表征

图2 利用XPS和XAS对生物催化剂进行电子结构分析

02.人工生物催化剂的酶模拟活性

在当前纳米材料中，OsCu-Ov生物催化剂展现出优异的活性氧催化活性，不同反应条件下均保持高效产氧能力（图3 a-h）。

图3 OsCu-Ov人工生物催化剂的酶模拟活性物质ROS生成活性

03.体外抗肿瘤能力验证

共聚焦激光扫描显微镜，流式细胞术，蛋白质印迹结果表明OsCu-OV@CCM可能通过E-cadherin介导的途径更有效地靶向和进入肿瘤细胞（图4 a-c）。CCK-8检测结果显示轻微毒性作用，40μg mL−1浓度效果最佳。共染色实验结果显示OsCu-Ov@CCM组的死细胞比例高于OsCuOv治疗组，ROS升高，细胞凋亡率升高（图4 d-h）。

图4 体外细胞试验验证OsCu-Ov@CCM的抗肿瘤能力

OsCu-Ov@CCM组线粒体Calcein-AM荧光被CoCl₂显著淬灭，证明mPTP开放，JC-1染色显示，OsCu-Ov@CCM 组红色聚集体转为绿色单体，ΔΨm崩溃（图5 a-d）。蛋白质印迹分析裂解型半胱天冬酶-3和Bax水平显著升高（图5 g-j）。

图5 线粒体损伤检测

04.体内抗肿瘤疗效实验

OsCu-Ov@CCM组肿瘤重量、体积热图显示全程无明显增长，H&E染色显示出最高比例的凋亡细胞。活体成像系统显示瘤内给药后该材料在肿瘤内维持高浓度达24小时，随后主要通过肾脏和肝脏途径被清除（图6b-g）。

图6 体内抗肿瘤治疗

05.肿瘤杀伤机制探索

对照组、CuOv@CCM组和OsCu-Ov@CCM组小鼠肿瘤组织进行转录组学测序，OsCu-Ov@CCM上调的基因主要集中在与细胞凋亡相关的多个信号通路中，呈现下调趋势（图7 a-e）。基因集富集分析（GSEA）提示OsCu-Ov@CCM可能破坏线粒体内膜蛋白复合体及线粒体蛋白复合物，与多个调控细胞凋亡的信号通路活性增强相关，包括PI3K-Akt信号通路、钙信号通路和TGF-β信号通路（图7 f-h）。这些发现表明OsCu-Ov@CCM能够调控关键的细胞通路，有望改善多发性骨髓瘤的治疗效果。

图7 OsCu-Ov@CCM杀瘤作用的机理研究

二、文章小结

本研究证实，开发的新型细胞膜包覆酶模拟物OsCu-Ov@CCM（含单原子锇活性中心与Ov结构）是理想的纳米平台，能精准模拟产生活性氧的酶功能，为肿瘤微环境中的恶性黑色素瘤治疗提供高效靶向方案（图 8）。

图8 OsCu-Ov@CCM治疗恶性黑色素瘤的机制示意图

三、拜谱小结

本研究明确了Os单原子与Ov的协同作用，以及“ROS爆发→线粒体损伤→凋亡通路激活”的治疗路径，为开发肿瘤治疗及其他ROS相关疾病领域的高性能活性氧催化材料提供了新思路。拜谱生物为其提供了转录组学检测分析。拜谱生物已研发完成并建立了完善成熟的转录组学、蛋白组学、翻译后修饰组、代谢组学以及多组学联合产品技术服务体系，助力发表高分文献，欢迎致电咨询！

参考文献：Jiawei W, Jing W, Zijun M, et,al. Nature-Inspired cell membrane-coated artificial biocatalysts with Os-single-atom sites and multienzyme-Mimetic activities for targeted tumor therapy. Chemical Engineering Journal.doi.org/10.1016/j.cej.2025.166190.