综述：单原子酶：从进化启示、精准工程到生物医学应用的突破

这篇综述系统阐述了单原子酶（SAEs）如何通过整合单原子催化剂的高效催化特性与酶功能，为生物医学领域带来革命性突破。文章深入探讨了天然酶、模拟酶（如DNAzymes）和单原子纳米酶（nanozymes）的进化差异与工程策略，并展望了其在生物传感、肿瘤治疗、抗菌及氧化应激管理等领域的应用前景。

　　

Abstract

单原子酶（SAEs）通过将单原子催化剂的效率与酶功能相结合，开创了生物医学新范式。其三大分支——天然酶、模拟酶和单原子纳米酶各具特色：天然酶历经数十亿年进化，以单原子活性中心实现生理条件下的精准催化；模拟酶（如DNAzymes）通过可编程分子支架复制天然活性位点，虽增强稳定性却受限于进化偏好性；而纳米酶以部分生物相容性为代价，通过无机纳米材料工程实现多酶仿生功能，但面临免疫原性挑战。

进化与设计的博弈

天然酶的金属活性中心（如Fe²⁺/Mn³⁺）是自然选择的杰作，而人工设计的单原子纳米酶（如Pt₁/CeO₂）则突破生物限制，展现出超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）等多重活性。这种“无机进化”策略为设计抗肿瘤ROS发生器或抗菌剂提供了新思路。

生物医学应用图谱

在肿瘤治疗领域，SAEs通过级联催化实现特异性肿瘤微环境（TME）调控；抗菌方面，Cu₁-N₄结构可模拟溶菌酶破坏细菌膜；而基于Fe-SAEs的纳米传感器对H₂O₂的检测限达0.1 nM，显著优于传统ELISA。

挑战与展望

当前SAEs仍面临活性-稳定性悖论和体内靶向性不足等瓶颈。未来或可通过机器学习辅助的原子位点设计，或仿生载体（如外泌体）包覆策略实现突破。这场“原子级精准”的酶工程革命，正在重新定义生物催化的疆界。