一种靶向释放H2S的人工杂化金属酶及其制备方法和应用

本发明涉及生物医用纳米材料技术，具体是一种靶向释放h2s的人工杂化金属酶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、人工酶是一类利用化学方法合成的类似生物酶活性的一类物质，其中，随着纳米科技发展起来的纳米人工酶(以下简称纳米酶)是一类既有纳米材料的独特性能，又有催化功能的模拟酶。纳米酶因具备选择性好、活性可调、成本较低、可大规模制备的优点，其应用已经扩展到传感、抗菌、肿瘤治疗等领域，特别是，利用纳米酶在肿瘤内原位催化反应产生活性氧(ros)并激活机体免疫响应，实现催化免疫治疗是近年来肿瘤治疗领域的研究热点。然而，单一酶活性的纳米酶在复杂肿瘤微环境中产生ros效率不足，难以达到令人满意的催化免疫治疗效果。

2、多酶生物催化在生物体的多步生化反应中起着至关重要的作用。与单一酶活性的纳米酶相比，多酶纳米酶在应用于肿瘤催化免疫治疗上具有多种独特的优势，包括协同效应、级联反应和肿瘤微环境响应选择性。目前，研究者们通过构筑天然酶与纳米酶杂化体系，实现多酶级联催化反应增强ros产生以提高抗肿瘤疗效。然而，肿瘤复杂的氧化还原稳态调节机制和先天免疫抑制微环境，使得人工杂化多酶在实体肿瘤中ros产生效率低以及免疫激活不足。具体来说，肿瘤细胞中主要的两种抗氧化系统谷胱甘肽(gsh)和硫氧还蛋白还原酶(trxr)，共同维持细胞内氧化还原平衡，尽管gsh作为抗氧化机制得到了广泛研究，但是细胞关键调控氧化还原稳态的trxr却未引起研究重视，此外，肿瘤代谢异常导致的乏氧和乳酸积累，使得多种免疫细胞的激活和增殖受到抑制，从而促进免疫逃逸。

3、硫化氢(h2s)作为一种气体信使分子，在正常和病理条件下发挥着各种生理效应，如抗炎、心脏保护、神经调节、代谢抑制等，同时，基于h2s的气体疗法作为“绿色”肿瘤治疗方式引起了广泛关注。重要的是，高浓度的h2s能特异性地抑制肿瘤细胞中的trxr活性，由于trxr对维持肿瘤细胞的氧化还原稳态起着重要作用，h2s有望成为一种潜在的气体抑制剂，以满足放大氧化应激与足够ros积累来抑制肿瘤的需求，因此，结合h2s气体和人工杂化多酶的优势，实现气体放大的肿瘤催化免疫治疗具有很大的前景，然而目前还没有研究去证实。如何合理构建一种新型的人工杂化多酶，使其靶向肿瘤引发级联催化反应，精准释放h2s气体并重塑肿瘤微环境，以提高ros产生效率和免疫激活效果，是目前迫切且具有挑战性的任务。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种靶向释放h2s的人工杂化金属酶及其制备方法和应用。这种制备方法的优点是简单易行，绿色环保，操作成本低，用这种制备方法制备的人工杂化金属酶具有多酶级联催化活性，不仅保留着天然酶自身的催化活性，还具有类过氧化氢酶、类过氧化物酶、类谷胱甘肽氧化酶活性的纳米酶活性、可应用在肿瘤治疗中、可靶向肿瘤并响应肿瘤微环境的酸性释放出h2s气体。

2、实现本发明目的的技术方案是：

3、一种靶向释放h2s的人工杂化金属酶，所述人工杂化金属酶从内到外依次设有多功能响应的过渡金属基纳米酶、天然酶和透明质酸，其中：

4、所述过渡金属基纳米酶包括但不限于硫化钴、硫化锰或硫化铁中的一种，所述过渡金属基纳米酶中的过渡金属价态为混合价态，包括但不限于硫化钴为+2和+3混合价态、硫化锰为+2和+4混合价态、硫化铁为+2和+3混合价态中的一种；

5、所述天然酶包括但不限于乳酸氧化酶或葡萄糖氧化酶中的一种；

6、所述透明质酸为酶切寡聚透明质酸钠、透明质酸溶液浓度为20-40mg/ml。

7、制备上述靶向释放h2s的人工杂化金属酶的方法，包括如下步骤：

8、1)采用溶剂热法制备多功能响应的过渡金属基纳米酶：将过渡金属盐溶于乙二醇中，溶解均匀形成溶液a，溶液a中加入硫源，室温搅拌形成溶液b，将溶液b转入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，放入烘箱加热，然后用蒸馏水和无水乙醇交替清洗至少三次，放入真空干燥箱烘干，得到多功能响应的过渡金属基纳米酶；

9、2)采用低温超声法制备人工杂化金属酶：向透明质酸溶液中，加入过渡金属基纳米酶和天然酶，低温搅拌超声2-6h，采用静电吸附方式进行近距离组装，离心水洗3次，得到纯化后的人工杂化金属酶。

10、步骤1)中所述的过渡金属盐包括但不限于coso4·7h2o、mn(ch3coo)2、fecl2·7h2o，所述硫源为硫脲或硫代乙酰胺，过渡金属盐的物质的量为5-8mmol，过渡金属盐和硫源的摩尔比为1:1-5，乙二醇的体积为30ml-50ml。

11、步骤1)中所述的室温搅拌的转速为900-1400rpm，搅拌时间为30-60min。

12、步骤1)中所述的烘箱加热时烘箱加热的温度为160-180℃，加热时间为10-12h。

13、步骤2)中所述的天然酶包括但不限于乳酸氧化酶、葡萄糖氧化酶、天然酶和过渡金属基纳米酶的质量比为1:(20-10)、过渡金属基纳米酶和透明质酸的质量比为1:(50-100)。

14、步骤2)中所述的低温搅拌超声的温度为4℃、超声频率为40khz。

15、上述制备方法制备的靶向释放h2s的人工杂化金属酶在肿瘤治疗中的应用，在肿瘤治疗中可靶向肿瘤并响应肿瘤微环境的酸性释放出h2s气体，可以同时抑制肿瘤细胞两种主要的抗氧化体系，即抑制硫氧还蛋白还原酶(trxr)活性和消耗谷胱甘肽(gsh)，实现活性氧的放大。

16、本技术方案制备的人工杂化金属酶具有多酶级联催化活性，不仅保留着天然酶自身的催化活性，还具有类过氧化氢酶、类过氧化物酶、类谷胱甘肽氧化酶活性纳米酶活性，通过天然酶和纳米酶之间的级联催化反应，相互促进以提高肿瘤治疗效率；

17、本技术方案制备的人工杂化金属酶不仅可以重塑免疫抑制肿瘤微环境，如乳酸消耗和乏氧缓解，还可以增加h2o2含量、放大ros产生、能同时抑制肿瘤细胞中两种最主要的抗氧化途径，不仅能消耗gsh，还能抑制trxr活性，从而充分调节肿瘤氧化还原状态，实现基于肿瘤微环境重塑的气体放大的催化免疫治疗。

18、这种制备方法的优点是简单易行，绿色环保，操作成本低，用这种制备方法制备的人工杂化金属酶具有多酶级联催化活性，不仅保留着天然酶自身的催化活性，还具有类过氧化氢酶、类过氧化物酶、类谷胱甘肽氧化酶活性的纳米酶活性、可应用在肿瘤治疗中、可靶向肿瘤并响应肿瘤微环境的酸性释放出h2s气体。

技术特征：

1.一种靶向释放h2s的人工杂化金属酶，其特征在于，所述人工杂化金属酶从内到外依次设有多功能响应的过渡金属基纳米酶、天然酶和透明质酸，其中：

2.制备权利要求1所述的靶向释放h2s的人工杂化金属酶的方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备权利要求1所述靶向释放h2s的人工杂化金属酶的方法，其特征在于，步骤1）中所述的过渡金属盐包括但不限于coso4·7h2o、mn(ch3coo)2、fecl2·7h2o，所述硫源为硫脲或硫代乙酰胺，过渡金属盐的物质的量为5-8 mmol，过渡金属盐和硫源的摩尔比为1 : 1-5，乙二醇的体积为30 ml-50 ml。

4. 根据权利要求2所述的制备权利要求1所述靶向释放h2s的人工杂化金属酶的方法，其特征在于，步骤1）中所述的室温搅拌的转速为900-1400rpm，搅拌时间为30-60 min。

5. 根据权利要求2所述的制备权利要求1所述靶向释放h2s的人工杂化金属酶的方法，其特征在于，步骤1）中所述的烘箱加热时烘箱加热的温度为160-180 ℃，加热时间为10-12h。

6. 根据权利要求2所述的制备权利要求1所述靶向释放h2s的人工杂化金属酶的方法，其特征在于，步骤2）中所述的天然酶包括但不限于乳酸氧化酶、葡萄糖氧化酶、天然酶和过渡金属基纳米酶的质量比为1 : (20-10)、过渡金属基纳米酶和透明质酸的质量比为1 :(50-100)。

7. 根据权利要求2所述的制备权利要求1所述靶向释放h2s的人工杂化金属酶的方法，其特征在于，步骤2）中所述的低温搅拌超声的温度为4 ℃、超声频率为40khz。

8.权利要求2-7任意一项所述制备方法制备的靶向释放h2s的人工杂化金属酶在肿瘤治疗中的应用。

技术总结
本发明公开了一种靶向肿瘤释放硫化氢（H<subgt;2</subgt;S）气体的人工杂化金属酶及其制备方法和应用。所述的人工杂化金属酶从内到外依次设有多功能响应的过渡金属基纳米酶、天然酶和透明质酸；其具有多酶级联催化活性，不仅保留着天然酶自身的催化活性，还具有类过氧化氢酶、类过氧化物酶、类谷胱甘肽氧化酶活性等纳米酶活性，可通过天然酶和纳米酶之间的协同催化，相互促进以提高肿瘤治疗效率。本发明的人工杂化金属酶通过靶向肿瘤并响应肿瘤微环境的酸性释放H<subgt;2</subgt;S气体以抑制硫氧还蛋白还原酶活性、消耗谷胱甘肽，放大活性氧积累、调节肿瘤代谢、缓解乏氧等的多重途径全面重塑肿瘤先天免疫抑制微环境，可用于气体增强的肿瘤催化免疫治疗。

技术研发人员：沈星灿,孙婉莹,宋娟,汤粤,朱成元
受保护的技术使用者：广西师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15