光活性铜单原子共价有机框架纳米酶通过增强类过氧化物酶活性消除耐药菌感染

推荐：针对传统纳米酶催化效率受pH限制及持续底物消耗引发炎症等问题，研究人员开发了光活性铜单原子共价有机框架（CuSA-COF）纳米酶。该材料通过Type II光动力和光芬顿反应协同产生活性氧（ROS）及质子，构建酸性微环境增强类过氧化物酶（POD）活性，诱导细菌铁死亡样损伤。实验证实其对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）等耐药菌及生物膜具有强效杀伤作用，为耐药感染治疗提供新策略。

　　

抗生素的滥用催生了多重耐药菌的全球危机，这些“超级细菌”通过酶解药物、改变靶点甚至劫持宿主代谢等方式逃避传统治疗。更棘手的是，中性生理环境会削弱传统纳米酶的类过氧化物酶（POD）活性，而持续底物消耗可能引发组织炎症。面对这一困境，蚌埠医科大学等机构的研究团队另辟蹊径，将目光投向铁死亡（ferroptosis）——一种由脂质过氧化（LPO）驱动的细胞死亡机制。他们创新性地设计出光活性铜单原子共价有机框架（CuSA-COF）纳米酶，通过非铁依赖的铁死亡样途径高效杀灭耐药菌，相关成果发表于《Journal of Colloid and Interface Science》。

研究团队采用三大关键技术：1）通过席夫碱反应合成卟啉-邻菲罗啉共价有机框架（COF），后修饰锚定单原子铜；2）利用同步辐射X射线吸收谱（XAS）和密度泛函理论（DFT）验证铜单原子配位结构；3）通过临床分离的MRSA菌株及小鼠伤口感染模型评估体内外抗菌效果。

材料表征与机制解析
CuSA-COF的铜单原子以Cu-N₄
构型均匀分散，光激发后通过Type II光动力途径生成单线态氧（¹
O₂
），同时驱动光芬顿反应产生活性羟基自由基（•OH）和质子（H⁺
）。这种“金属-质子化”效应在局部形成pH≈4.2的酸性微环境，使其中性条件下的POD活性较传统Fe₃
O₄
纳米酶提升8.3倍。

抗菌效能与通路验证
光照下CuSA-COF引发细菌内ROS爆发性积累（较黑暗条件高6.7倍），导致谷胱甘肽（GSH）耗竭和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）失活。代谢组学显示其干扰三羧酸循环和戊糖磷酸途径，最终诱发不可逆的LPO损伤。对临床MRSA的抑菌率达99.2%，且能穿透生物膜基质。

结论与展望
该研究首次将COF基单原子纳米酶与铁死亡机制结合，突破生理pH对催化效率的限制。通过精确调控铜配位环境实现光控ROS时空爆发，为耐药菌治疗提供新范式。未来可进一步探索其他金属中心（如钴、锰）的抗菌铁死亡效应，推动纳米酶临床转化。