全球复杂难治性疾病的负担日益加重，包括癌症、慢性炎症性疾病和传染病，这凸显了对创新治疗策略的需求[[1], [2], [3], [4]]。尽管传统治疗方法在临床上取得了一定的成功，但其长期疗效仍受到多种内在限制的影响，如组织靶向性差、系统性毒性、多重耐药性和免疫抑制性微环境[5,6]。这些缺点导致难治性疾病的疗效不佳和剂量相关副作用，迫切需要具有部位特异性、可控性和生物整合性的治疗平台。
在这种情况下，气体疗法作为一种有前景的方法应运而生，它利用内源性气体信号分子（如一氧化氮（NO）、硫化氢（H?S）、一氧化碳（CO）、氢气（H?）和二氧化硫（SO?）来调节关键的病理过程[[7], [8], [9], [10], [11], [12]]。这些气体传递分子具有独特的治疗优势，包括纳摩尔级别的效力、快速扩散性、低脱靶毒性和内在的生物信号传导能力。例如，NO通过环磷酸鸟苷（cGMP）信号通路促进血管扩张并抑制肿瘤增殖[13]；H?S通过蛋白质S-硫化作用调节氧化还原平衡并维持线粒体完整性[14]；CO通过调节血红素相关酶发挥抗炎和抗凋亡作用[15]。这些分子在癌症、缺血再灌注损伤、炎症和感染的临床前模型中显示出强大的疗效。
为了将气体疗法转化为临床实践，已经开发了多种基于纳米材料的输送平台，如脂质体[16,17]、聚合物纳米平台[18]、水凝胶[19]、介孔二氧化硅[20]和金属有机框架[21,22]，用于封装气体分子或其前体药物。然而，这些合成系统通常存在生物降解性不足、脱靶生物分布、免疫原性、气体泄漏以及应对病理微环境响应性差等问题。此外，许多气体释放系统需要外源性刺激（如光或超声波）才能激活，这限制了它们在深层组织或系统性疾病中的应用[23]。治疗气体的高度挥发性和短暂性质进一步要求输送系统具备更高的时空精确性和生物适应性，而传统的合成纳米载体往往无法满足这些要求。
为了解决这些挑战，源自或受生物系统启发的活性生物材料作为气体输送的变革性平台应运而生[24]。它们包括细菌、细胞、微藻、病毒及其衍生物等多种生物系统，为治疗功能的工程设计提供了基础[25]。这些材料，包括细胞膜包覆的纳米载体、微生物底盘和病毒载体，天然具有生物相容性、免疫逃逸能力、对微环境的响应性和疾病靶向性。此外，活性生物材料具有高度的可工程化特性，可以实现模块化表面功能化、通过合成生物学进行可编程的气体生成，并与无机结构结合以实现可控释放。例如，基因改造的细菌可以在缺氧或炎症条件下合成NO或H?S[26]，而光合微生物可以用于光触发氧气生成[27]。这些集成系统将结构功能和治疗作用结合起来，提供了根据病理条件精确按需释放气体的能力。
鉴于这些发展，本文旨在全面概述基于活性生物材料的气体疗法的最新进展（图1）。我们系统地将活性生物系统分为三个功能层次：活性生物剂、生物衍生成分和合理设计的混合平台。对于每个类别，我们分析了它们的结构特征、气体输送机制以及在癌症、炎症性疾病、心血管疾病和感染等多种疾病模型中的治疗应用。我们还讨论了生物矿化、基于合成生物学的调节和免疫交互界面工程等新兴策略，并批判性地评估了这一不断发展的治疗范式的当前挑战和前景。本文最终强调了基于活性生物材料的气体疗法作为下一代精准医疗平台的转化潜力。
