AM:深圳先进技术研究院王国成等团队研究基于界面重构设计ZnCo MOF纳米酶有效治疗骨关节炎
骨关节炎（OA）由炎症与活性氧（ROS）构成的恶性循环驱动。钴基金属有机框架（MOF）纳米酶是高效的过氧化氢酶（CAT）模拟物，但其类超氧化物歧化酶（SOD）活性较弱，无法实现全程ROS清除，严重制约了其治疗效果。2026年3月10日，中国科学院深圳先进技术研究院王国成、南昌大学李晓峰、中山大学黄辉共同通讯在Advanced Materials 在线发表题为“Unlocking an Efficient SOD-to-CAT Catalytic Relay in a MOF Nanozyme via Dopamine-Driven Interfacial Nanoreconstruction for Osteoarthritis Therapy”的研究论文。该研究通过“预嵌入/激活”策略解决了这一催化活性失衡问题。首先将Zn²预嵌入钴基框架中，构建稳定且可激活的前体；随后通过多巴胺（DA）介导的“激活”过程，重构潜在的Zn/Co-N配位位点，通过协同增强类SOD活性，实现高效的SOD-to-CAT催化，无缝衔接整个ROS级联反应。这种强大的ROS清除能力可恢复线粒体功能，并通过抑制ROS介导的S100A8/NF-κB信号轴及其破坏性正反馈循环，将巨噬细胞重编程为抗炎M2表型。这种免疫调节作用在大鼠OA模型中体现出显著的治疗效果：该纳米酶可同时促进软骨细胞合成代谢，实现明显的软骨修复，同时抑制周围神经敏化，提供持久的镇痛效果。综上，该研究表明纳米级界面重构作为一种高效、合理的平台，可用于在纳米酶内部构建精密的催化系统，为先进生物医学应用提供了新思路。骨关节炎（OA）是全球最常见的退行性关节疾病，其特征为进行性软骨破坏、滑膜炎症和软骨下骨重塑，最终导致关节功能丧失和难治性疼痛。近年来研究表明，滑膜炎症微环境是驱动OA病理进程的核心枢纽。在该枢纽中，巨噬细胞异常极化（主要向促炎M1表型极化）与活性氧（ROS）爆发性蓄积之间形成双向正反馈循环，构建起自我放大的病理网络。M1巨噬细胞会大量产生ROS，并释放白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等关键炎症细胞因子。这些细胞因子激活NF-κB信号通路，直接促进软骨细胞和滑膜成纤维细胞中基质金属蛋白酶和聚集蛋白聚糖酶的过表达，进而介导软骨基质的不可逆降解。更关键的是，组织降解产物和新形成的损伤相关分子模式（DAMPs）会被巨噬细胞识别，进一步驱动其向M1表型极化，并持续释放ROS和炎症介质。这一循环过程不仅加剧软骨结构损伤，还通过伤害感受器敏化和炎症环境的持续存在导致持续性疼痛。目前OA的临床管理主要依赖非甾体抗炎药（NSAIDs）以及关节内注射皮质类固醇或透明质酸，虽能提供短期症状缓解，但无法逆转软骨结构损伤，也不能打破“炎症-氧化”这一核心恶性循环。此外，长期使用还会带来显著的不良反应。对于晚期患者，关节置换手术仍是最终选择，但该手术具有侵入性、成本高且存在自身并发症风险等问题。因此，开发能够从根源上打破这一循环的新型治疗方法，对于OA的有效治疗至关重要。纳米酶作为一类具有类天然酶活性的人工材料，为干预这一病理循环提供了新机遇。其中，钴基金属有机框架（MOF），沸石咪唑酯骨架-67（ZIFCo），因其具有高密度的催化活性位点，具备优异的类过氧化氢酶（CAT）活性，是极具潜力的候选材料。然而，其固有的化学不稳定性限制了其在复杂生理环境中的应用。更重要的是，这种典型的钴基纳米酶存在一个关键局限，其类超氧化物歧化酶（SOD）活性通常较弱。这种催化失衡使其无法清除ROS级联反应的起始物超氧阴离子（·O2−），无法实现OA中复杂氧化应激环境的全面净化，严重制约了其治疗潜力。图1 ZIFZn/Co@PDA纳米酶的制备及其对骨关节炎的治疗效果示意图（摘自Advanced Materials）为解决钴基纳米酶类SOD活性不足这一关键局限性，研究人员尝试了多种策略，如掺杂其他金属离子（如铅、铜）或构建异质结构、调控配位环境或电子结构以及表面修饰等，旨在提升其·O2−清除能力。然而，这些方法往往存在活性提升有限、制备过程复杂、生物相容性差或无法在维持高类CAT活性的同时协同增强类SOD活性等局限性。因此，迫切需要开发一种用于双功能纳米酶设计和精准调控的新策略，尤其是具有高类SOD活性的纳米酶。本研究提出一种新型“预嵌入/激活”纳米界面工程策略，构建了一种具有高效双类SOD和CAT活性的分级核壳结构纳米酶ZIFZn/Co@PDA。该策略首先将Zn/Co-N位点“预嵌入”ZIF框架中，随后通过多巴胺（DA）介导的“激活”步骤，将这些位点重构为更优异的Co-N/O构型，协同增强两种催化功能。锌离子的稳定作用以及其部分逃逸过程中产生的空位带来的电子优化，进一步促进了这种催化活性的增强。功能上，ZIFZn/Co@PDA能够完全清除ROS，从而下调S100A8的表达，抑制NF-κB信号通路的激活，并逆转巨噬细胞的促炎极化。因此，这种免疫微环境的重编程不仅通过改善软骨细胞稳态提供软骨保护，还能抑制周围神经敏化。结果表明，ZIFZn/Co@PDA作为一种疾病修饰治疗策略，在OA治疗中具有显著潜力。https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.72747
