综述：层状双氢氧化物基纳米酶在生物医学中的有效应用：综述与未来展望

这篇综述系统总结了层状双氢氧化物基纳米酶（LDHzymes）的制备方法、酶模拟活性（如过氧化物酶POD、氧化酶OXD、超氧化物歧化酶SOD和过氧化氢酶CAT样活性）及其生物医学应用（包括生物传感、抗菌、肿瘤治疗和活性氧ROS相关疾病），并提出了高性能LDHzymes设计和智能治疗应用的未来方向。

　　

引言

生物体内的生命活动依赖酶的催化作用，但天然酶存在成本高、稳定性差等局限。2007年，Fe₃O₄纳米颗粒首次被报道具有类过氧化物酶（POD）活性，开启了纳米酶研究热潮。层状双氢氧化物（LDH）因其可调组成、大比表面积和低毒性，成为新兴的纳米酶载体，其衍生的LDHzymes在生物医学领域展现出独特优势。

LDHzymes的制备方法

初级LDHzymes

• 块体LDHzymes：通过共沉淀法、水热法或分步成核-老化法制备。例如，CuMgAl-LDH通过共沉淀法合成，展现出花瓣状形貌和高POD活性。
• 二维LDHzymes：通过液相剥离或自下而上直接合成获得。NiMn-LDH纳米片厚度仅1.4 nm，暴露更多活性位点。
• 缺陷工程：酸蚀刻或化学取代可引入氧/金属空位。CoAl-LDH的缺陷协同效应将·OOH吸附能从-0.87 eV降至-4.06 eV，显著提升SOD样活性。

复合LDHzymes

• 插层型：天然抗氧化剂（如虾青素AST）嵌入MnAl-LDH层间，增强其CAT样活性。
• 核壳结构：MgAl-LDH@CeO₂中，LDH中和酸性微环境，CeO₂清除ROS，协同治疗类风湿关节炎。

生物相容性与表面修饰

LDHzymes在弱酸性环境（如肿瘤微环境）中可降解，减少长期毒性。表面修饰策略（如聚乙二醇PEG包覆或靶向肽偶联）可延长血液循环并增强靶向性。例如，Ru单原子修饰的MgAl-LDH（Ru₁/LDH）POD活性提升20倍，且能清除ROS/RNS。

酶模拟活性与机制

• POD样活性：FeNi-LDH通过类芬顿反应将H₂O₂转化为·OH，诱导肿瘤细胞脂质过氧化。
• OXD样活性：CuFe-LDH激活O₂生成·O₂^?，用于比色检测。
• 多酶协同：Arg/ZnMnAl-LDH兼具POD、OXD和一氧化氮合酶（iNOS）样活性，通过ROS/NO级联反应杀伤肿瘤。

生物医学应用

生物传感
NiMn-LDH纳米片与智能手机联用，通过RGB分析实现H₂O₂和抗坏血酸（AA）的便携检测。

抗菌治疗
空心MnNi-LDHs通过OXD样活性产生活性氧，破坏细菌膜结构；CuFe-LDH消耗谷胱甘肽（GSH），增强ROS杀伤效率。

肿瘤治疗

• 化学动力学治疗：FeNi-LDH催化TME中H₂O₂生成·OH。
• 气体疗法：Arg/ZnMnAl-LDH释放NO，与ROS形成高毒性RNOS。
• 靶向递送：2D FeAl-LDH在TME中表现出趋化性，精准输送阿霉素（DOX）。

ROS相关疾病

• 视网膜病变：CuMgAl-LDH@GSHNO通过SOD/CAT样活性和NO释放修复血管功能。
• 缺血再灌注损伤：AST/MnAl-LDH调控Mn价态，增强抗氧化能力。

未来展望

开发机器学习辅助设计、优化催化动力学及推动临床转化是LDHzymes研究的重点。智能响应型LDHzymes（如pH/光控释放）和多功能集成纳米平台将拓展其在精准医疗中的应用。