金屬有機(jī)骨架載體固定化生物酶的研究進(jìn)展

張 帥，王 悅，王 艷，趙 寧，張 娜，辛嘉英

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)，食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱 150076）

金屬有機(jī)骨架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是由金屬中心與有機(jī)配體通過配位作用自組裝形成的一類具有周期性多維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔晶態(tài)材料[1]。作為一種新型生物固定化載體材料，MOFs引起眾多研究者的極大興趣[2?3]。近年來，MOFs材料在吸附、催化、生物傳感、氣體儲(chǔ)存等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景[4?8]。生物酶作為一種高效、綠色的生物催化劑，它的存在大大提高了反應(yīng)速率，而且在反應(yīng)過程中自身還不會(huì)產(chǎn)生損耗[9?10]。但在工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常面臨生物酶的化學(xué)穩(wěn)定性差、儲(chǔ)存條件要求苛刻、回收困難和不可重復(fù)使用等問題[11?12]。Wang等[13]將生物酶固定在MOFs材料的表面或空腔中形成固定化酶則可以有效地解決這些問題，生物酶通過MOFs固定化后具有高穩(wěn)定性、較強(qiáng)的選擇性、易于分離等性質(zhì)；同時(shí)，固定化后的生物酶還可以循環(huán)使用，降低了生產(chǎn)成本。該方法在化學(xué)、生物、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥等領(lǐng)域均得到廣泛應(yīng)用[14?16]。

本文擬闡述MOFs載體固定生物酶合成方法的研究現(xiàn)狀，通過分析MOFs-生物酶復(fù)合材料的特性及應(yīng)用，加深研究者對(duì)MOFs載體固定化生物酶的了解，為后續(xù)開發(fā)研究和在生物與醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用提供可靠的理論參考。

1 MOFs載體固定化生物酶的合成方法

生物酶固定化可以通過同時(shí)形成和固定在MOFs載體中實(shí)現(xiàn)，也可以通過物理相互作用或化學(xué)鍵合將酶固定到預(yù)合成的MOFs載體上。這些固定化方法可分為四類（圖1）：表面吸附、共價(jià)結(jié)合、孔道包埋和原位合成。

1.1 表面吸附

表面吸附是生物酶固定化方法中最重要和應(yīng)用最廣泛的方法之一[17]，發(fā)生在MOFs的配體與蛋白質(zhì)的游離氨基、羧基之間，或是帶正電荷的MOFs金屬基團(tuán)與帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)之間（圖1A）。MOFs通過物理相互作用如π-π堆積作用、疏水作用、靜電作用力、范德華力、電荷相互作用和分子相互作用等將生物酶緊緊吸附在表面達(dá)到共固定化的效果[11]。

2006年P(guān)sklak等[18]首次嘗試將MOFs材料應(yīng)用于固定化酶技術(shù)；而后，Liu等[19]提出的“固定化平臺(tái)”理論引起了研究人員對(duì)MOFs材料表面接合酶方面的深入研究，并進(jìn)一步細(xì)化到固定化一種工業(yè)上常見的胰蛋白酶（Trypsin）。Li等[20]利用MOFs材料的孔隙對(duì)小分子的獨(dú)特容納能力和對(duì)生物大分子的高效傳遞效率，將胰蛋白酶吸附于含有金屬有機(jī)骨架CYCU-4[Al（OH）（SDC）]和MIL-101的表面，固定化后的胰蛋白酶活性和穩(wěn)定性顯著提高。Cui等[21]將假絲酵母脂肪酶（CRL）固定化在MOFs材料NH2-MIL-88B外表面并與磁性Fe3O4結(jié)合，通過用碳二亞胺（EDC）活化脂肪酶的羧基，在NH2-MIL-88B表面與配體上暴露的氨基結(jié)合，磁性Fe3O4在該過程中起到促進(jìn)CRL-NH2-MIL-88B分離的作用。研究表明，CRL-NH2-MIL-88B催化載體的效率比游離CRL高69%。Liu等[22]采用直接物理吸附法將豬胰脂酶（PPL）固定在微孔MOFs上，這些MOFs包括UiO-66（Zr）、UiO-66NH2（Zr）、MIL-53（Al）等；他們首先將新合成的MOFs浸泡在甲醇和二甲基亞砜的PPL溶液中，然后渦流混合1 h，最后離心5 min得到PPL@MOF粉末；通過傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）、X射線衍射儀技術(shù)（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）等結(jié)構(gòu)表征證實(shí)了PPL成功地吸附在MOFs上，并且具有良好的穩(wěn)定性和結(jié)晶度（圖2）。表面固定化作為酶固定化中最簡單的方法，在開發(fā)生物電極和生物傳感器的研發(fā)等領(lǐng)域普遍適用[23]，但不足的是生物酶與MOFs載體的結(jié)合力較小，如果外界環(huán)境發(fā)生變化，容易導(dǎo)致生物酶從MOFs載體上分離脫落。

圖2 豬胰脂酶（PPL）通過表面吸附固定在微孔MOFs示意圖[22]Fig.2 Schematic diagram of porcine pancreatic lipase(PPL)immobilized on microporous MOFs by surface adsorption[22]

1.2 共價(jià)結(jié)合

雖然生物酶可以通過表面固定化法有效地附著在MOFs表面，但是僅僅通過MOFs和生物酶分子之間的弱相互作用形成的固定化酶穩(wěn)定性較差，MOFs表面的共價(jià)結(jié)合酶可提高穩(wěn)定性以及可回收性[24]。目前共價(jià)結(jié)合法可以分為兩種：一種是不同MOFs表面有多種官能團(tuán)（如：氨基、羥基、羧基等），它們通過共價(jià)鍵將生物酶連接在MOFs表面（圖1B）；另一種是，首先MOFs載體內(nèi)的有機(jī)連接體通過ππ堆積作用與一些小分子（如染料分子）結(jié)合，生物酶再通過氫鍵與作為錨定分子的染料結(jié)合[25]。由于染料分子可以滲透到MOFs的微孔中，生物酶分子懸浮在MOFs的表面即構(gòu)成了生物酶和MOFs的共價(jià)結(jié)合。

圖1 MOFs載體固定化生物酶的四種合成方法Fig.1 Four synthetic methods of immobilized biological enzymes on MOFs carrier

Cao等[26]通過共價(jià)鍵結(jié)合的方式將制備的功能化金屬有機(jī)骨架UiO-66-NH2與大豆環(huán)氧化物水解酶（SEH）混合后，添加到100%飽和硫酸銨溶液內(nèi)，4 ℃磁力攪拌30 min使大豆環(huán)氧化物水解酶沉淀，然后注入適量的25%戊二醛（GA）并攪拌可將大豆環(huán)氧化物水解酶（SEH）交聯(lián)到功能化UiO-66-NH2上（圖3）；經(jīng)對(duì)比，固定化SEH比天然SEH具有更高的穩(wěn)定性，在儲(chǔ)存穩(wěn)定性研究中，SEH/UiO-66-NH2在4周后顯示出其原始活性的97.5%；然而，研究發(fā)現(xiàn)由于反應(yīng)需要添加大量的交聯(lián)劑和活化劑，同時(shí)劇烈的固定化條件（如：高速攪拌）均對(duì)大豆環(huán)氧化物水解酶的活性造成影響。Liu等[19]首次通過生物酶-染料標(biāo)記機(jī)理的研究，將胰蛋白酶（Trypsin）與含有CYCU-4[Al（OH）（SDC）]和MIL-101的MOFs結(jié)合并與染料異硫氰酸熒光素（FITC）混合，獲得胰蛋白酶@MOFs共價(jià)結(jié)合體，證實(shí)酶分子與染料結(jié)合后，能夠進(jìn)入MOFs的微孔中實(shí)現(xiàn)生物酶的固定化。Mohamad等[27]利用4-氯-7-硝基苯并呋喃（NBD）染料的分子尺寸與金屬有機(jī)骨架（UiO-66）的微孔尺寸相匹配的特點(diǎn)，將NBD用于UiO-66載體固定化胰蛋白酶（Trypsin）；NBD染料附著在胰蛋白酶表面使酶穩(wěn)定性顯著提高，同時(shí)，NBD還可使UiO-66表面結(jié)合位點(diǎn)增多，因此UiO-66 負(fù)載酶能力增加，UiO-66負(fù)載Trypsin-NBD的量達(dá)到80 μg/mg；此外，NBD染料與胰蛋白酶共價(jià)結(jié)合使染料具有特定的熒光發(fā)射，通過檢測(cè)產(chǎn)物的熒光強(qiáng)度可直接評(píng)價(jià)回收固定化酶的性能，但Trypsin的活性位點(diǎn)因變形導(dǎo)致活力下降。綜上所述，共價(jià)結(jié)合方法提高了生物酶的穩(wěn)定性，減少生物酶在反應(yīng)過程中的泄漏，達(dá)到固定化酶的效果；但是，存在使用前需要繁瑣的活化程序、MOFs與生物酶分子共價(jià)結(jié)合需要?jiǎng)×业墓潭ɑ瘲l件等問題，將會(huì)制約共價(jià)結(jié)合方法在工業(yè)催化領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖3 大豆環(huán)氧化物水解酶（SEH）通過共價(jià)結(jié)合固定在UiO-66-NH2示意圖[26]Fig.3 Schematic diagram of soybean epoxide hydrolase （SEH） immobilized on UiO-66-NH2 by covalent bonding[26]

1.3 孔道包埋

由于MOFs的孔隙尺寸可以被合理地調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的MOFs的孔徑一般比生物酶的直徑大，生物酶就很容易地?cái)U(kuò)散到MOFs的孔中實(shí)現(xiàn)生物酶的共固定化（圖1C）。根據(jù)MOFs的金屬結(jié)構(gòu)該固定化方法可以分為兩種：生物酶被包埋在未修飾的MOFs中，或包埋在使用致孔劑輔助修飾的MOFs孔中。Tsuruoka等[28]將微過氧化物酶-11（MP-11）固定化在具有較大的孔徑（3.9 nm×4.7 nm）的MOFs材料介孔中構(gòu)建MP-11@MOFs，用于催化H2O2氧化3,5-二叔丁基鄰苯二酚生成鄰醌（圖4）；結(jié)果表明，與游離MP-11和MOFs相比，MP-11@MOFs復(fù)合材料具有較高的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率，通過傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）、X射線衍射儀技術(shù)（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）等結(jié)構(gòu)表征證實(shí)MP-11在MOFs孔道存在擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。然而，MOFs載體的孔道只能包埋一些分子量較小、形狀規(guī)則的生物酶，并且MOFs的微孔尺寸與生物酶分子的直徑匹配度低，使得孔道包埋的方法應(yīng)用范圍縮小。因此，MOFs材料作為固定化酶的載體應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域仍然受限制。

圖4 MP-11的分子結(jié)構(gòu)（A）和3,5-二叔丁基鄰苯二酚氧化生成鄰醌的反應(yīng)流程（B）[28]Fig.4 Molecular structure of MP-11（A） and reaction process of oxidation of 3,5-di-tert-butyl catechol to o-quinone （B）[28]

1.4 原位合成

目前大多數(shù)MOFs的孔徑小于生物酶的孔徑，生物酶不能通過擴(kuò)散的方法進(jìn)入到MOFs孔隙內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)在MOFs框架內(nèi)包封大型生物酶的需求，研究人員針對(duì)MOFs內(nèi)生物酶的原位合成方法進(jìn)行深入研究[29]。原位合成方法的特點(diǎn)是生物酶的成核和MOFs的形成發(fā)生在同一時(shí)間（圖1D），并且生物酶不在MOFs的微孔或通道中而是被MOFs的骨架包圍。

范錚等[30]開發(fā)了一種超大介孔穩(wěn)定的MOFs陣列，用于包封微過氧化物酶（MP-11）、辣根過氧化物酶（HRP）和細(xì)胞色素C（Cytc），包封后的生物酶具有可回收性和高催化效率。為提高酶活性和整體催化效率。Chen等[31]引入DNA作為交聯(lián)劑將葡萄糖氧化酶（GOx）和辣根過氧化物酶（HRP）制成雙酶體系GOx&HRP@DNA，將其與硝酸鋅溶液和2-甲基咪唑混合，25 ℃攪拌30 min成功將GOx和HRP封裝在沸石咪唑酯骨架（ZIF-8）中構(gòu)成GOx&HRP@DNA/ZIF-8（圖5），該方法能有效抑制生物酶從MOFs骨架中浸出，浸出量比傳統(tǒng)方法低10倍以上。綜上所述，以MOFs為骨架的生物酶的原位包封，可以使更大的蛋白分子達(dá)到固定化效果。然而，MOFs的微孔結(jié)構(gòu)卻限制了底物分子與MOFs骨架內(nèi)的酶接觸，為了避免酶失活變性，誘導(dǎo)MOFs生長過程必須保證在溫和條件下進(jìn)行[32]。

圖5 GOx和HRP被封裝在沸石咪唑酯骨架（ZIF-8）構(gòu)成GOx&HRP@DNA/ZIF-8示意圖[31]Fig.5 GOx and HRP encapsulated in the zeolite imidazole ester framework （ZIF-8） to form GOx&HRP@DNA/ZIF-8 schematic diagram[31]

2 MOFs-生物酶復(fù)合材料的特性

2.1 提高催化活性

與游離酶相比，MOF-生物酶復(fù)合物材料表現(xiàn)出更強(qiáng)的催化活性。當(dāng)生物酶暴露在極端環(huán)境或有機(jī)溶劑中，生物酶本身的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)生物酶活性位點(diǎn)變形導(dǎo)致活力下降[33]。MOFs可以為生物酶分子構(gòu)建穩(wěn)定的微環(huán)境維持酶的生物活性，有效防止生物酶分子的聚集。固定在MOFs材料上的生物酶會(huì)更加穩(wěn)定，生物酶活性的損失降低，也提高生物酶對(duì)惡劣環(huán)境的耐受性[34]。2006年，F(xiàn)eng等[35]首次對(duì)微過氧化物酶-11（MP-11）在Cu-MOFs中的擴(kuò)散進(jìn)行研究，一方面，由于Cu-MOFs的比表面積為1260 m2/g，平均孔徑為1.78 nm，適合MP-11的擴(kuò)散；另一方面，MP-11可以通過擴(kuò)散包埋到Cu-MOFs介孔中；結(jié)果表明，固定化后的MP-11具有較高的酶催化性能。

2.2 提高穩(wěn)定性

當(dāng)生物酶暴露在極端的pH、溫度或有機(jī)溶劑中時(shí)，就會(huì)發(fā)生酶變性。MOFs通過在生物酶和載體之間形成新的化學(xué)鍵，為生物酶提供保護(hù)環(huán)境，使固定化酶在較高溫度下仍然保持穩(wěn)定[36]。Lin等[37]使用N,N'-二環(huán)己基碳二亞胺（DCC）將MOFs材料MIL-101（Cr），MIL-88B（Cr）和MIL-88B-NH2（Cr）激活，激活后表面成的肽鍵可與胰蛋白酶（Trypsin）緊密結(jié)合，通過共價(jià)鍵合制備出胰蛋白酶（Trypsin）-MOFs復(fù)合材料；結(jié)果表明，Trypsin-MOFs復(fù)合材料在極端條件下表現(xiàn)出前所未有的高穩(wěn)定性，如將胰蛋白酶溶液置于沸水（100 °C）煮沸1 h后，酶的活性和底物選擇性未受到影響，酶活性遠(yuǎn)高于游離胰蛋白酶，這個(gè)結(jié)果對(duì)于酶固定在其他材料上所展現(xiàn)的高穩(wěn)定性是前所未有的。

2.3 提高可重復(fù)使用性

盡管生物酶在催化過程具有高效性和選擇性，但惡劣的生產(chǎn)條件下酶可能會(huì)發(fā)生變性，從而降低了其催化性能和長期可回收性。由于MOFs結(jié)構(gòu)剛性和優(yōu)異的穩(wěn)定性能阻止生物酶從金屬有機(jī)骨架中浸出，故可提高酶的可回收性，減少產(chǎn)品中的酶污染，并且使反應(yīng)的催化效率得到改善[2]。與游離酶相比，固定化酶最大的優(yōu)勢(shì)之一是其可循環(huán)利用，這大大降低了生產(chǎn)成本[38]。以金屬有機(jī)骨架為載體固定化生物酶的合成方法極大地促進(jìn)了復(fù)合材料的生產(chǎn)和發(fā)展，MOFs-生物酶復(fù)合材料將在工業(yè)催化和生物催化中得到廣泛的應(yīng)用。

2.4 其他

酶的固定化可以通過將酶限制在具有保留的酶活性的特定空間中來以低成本的方式提高酶的穩(wěn)定性、可回收性和回收率。傳統(tǒng)固定化酶常見的載體為顆粒[39]、水凝膠[40]、氧化石墨烯[41]、碳納米管[42]、中孔二氧化硅[43]和聚合物[44]等。將生物酶固定在這些材料上不可避免地出現(xiàn)了低負(fù)載率、變性等問題。由于MOFs具有大表面積和孔隙尺寸可調(diào)節(jié)等特性[45]，使MOFs材料可以裝載大量的生物酶，負(fù)載能力強(qiáng)；并且通過調(diào)節(jié)不同孔隙的MOFs對(duì)反應(yīng)底物和產(chǎn)物進(jìn)行尺寸及形狀的篩選，使催化反應(yīng)效率得到顯著提高[46]。因此，MOFs-生物酶復(fù)合材料可以保持生物酶的完整性和活性，具有較大的研究價(jià)值。但是，由于MOFs環(huán)境信號(hào)的干擾，測(cè)定MOFs-生物酶復(fù)合材料中生物酶的取向一直是一大難題；同時(shí)，生物酶直接進(jìn)入MOFs的孔隙中易引起生物酶的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使酶活性降低[47]。因此，以MOFs為載體固定化生物的合成方法有待研究人員進(jìn)一步優(yōu)化。

3 MOFs載體固定化生物酶的應(yīng)用

3.1 構(gòu)建微反應(yīng)器

目前，許多研究人員使用MOFs材料固定生物酶以維持生物酶的穩(wěn)定性，通過構(gòu)建多酶催化的高性能仿生反應(yīng)器完成高效催化反應(yīng)。Wang等[48]通過原位合成法將葡萄糖氧化酶（GOx）和辣根過氧化物酶（HRP）嵌入沸石咪唑酯骨架（ZIF-8）構(gòu)成的納米金屬有機(jī)框架材料（NMOF）中構(gòu)成NMOF微反應(yīng)器（NMOF@GOx/HRP）（圖6）；GOx催化葡萄糖（Glucose）與氧氣反應(yīng)生成葡萄糖酸（Gluconic acid）和過氧化氫（H2O2），同時(shí)HRP催化產(chǎn)物H2O2生成H2O和O2，并催化H2O2與熒光紅染料（Amplex Red）產(chǎn)生強(qiáng)烈的紅色熒光物質(zhì)試鹵靈（Resorufin），通過FTIR、XRD和SEM等結(jié)構(gòu)表征證實(shí)GOx和HRP成功地固定在（ZIF-8）NMOF內(nèi)，并且封裝在NMOF中的GOx或HRP比封裝前保留了>90%的酶活性。Zou等[49]成功構(gòu)建一個(gè)雙酶微反應(yīng)器，通過仿生礦化將胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）封裝在金屬有機(jī)骨架（ZIF-90）框架中，然后將胰蛋白酶（Trypsin）共價(jià)吸附在ZIF-90的外表面。與溶液消化相比，微反應(yīng)器具有更高的穩(wěn)定性（如：熱穩(wěn)定性、pH穩(wěn)定性等）。因此，通過改變生物酶的類型可設(shè)計(jì)出用于多酶催化的高性能仿生反應(yīng)器，能夠進(jìn)一步開發(fā)生物大分子在催化反應(yīng)中的巨大潛力。

圖6 GOx和HRP封裝在（ZIF-8）NMOF的雙酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)示意圖[48]Fig.6 Schematic diagram of the two-enzyme cascade reaction of GOx and HRP encapsulated in ZIF-8[48]

3.2 生物傳感與檢測(cè)

近年來，基于固定化酶生物傳感的制備與檢測(cè)，在臨床診斷、食品監(jiān)測(cè)和質(zhì)量檢查等領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。葡萄糖是維持生物體生命、促進(jìn)生物體生長必須的一種營養(yǎng)成分，準(zhǔn)確測(cè)定葡萄糖含量對(duì)于糖尿病等疾病的治療和工業(yè)生產(chǎn)的調(diào)控具有重要意義[50]。Qiu等[51]利用共價(jià)鍵將葡萄糖氧化酶（GOx）和過氧化物酶（POD）固定化在MOFs材料MIL-101（Al）-NH2表面制備出一種葡萄糖比色生物傳感器，可催化葡萄糖生成葡萄糖酸（gluconic acid）和H2O2，同時(shí)催化產(chǎn)物H2O2與3,3’,5,5’-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）發(fā)生顯色反應(yīng)，通過顏色變化測(cè)定溶液中葡萄糖的濃度，該葡萄糖比色生物傳感器線性范圍在10~1000 μmol/L；將比葡萄糖濃度高3倍的果糖、乳糖和麥芽糖作為對(duì)照組，對(duì)研發(fā)的傳感器進(jìn)行特異性測(cè)試，未得到明顯的檢測(cè)信號(hào)，說明該生物傳感器對(duì)于葡萄糖具備較高的選擇性。Amarajothi等[52]將GOx固定在MOFs材料[MOF-545（Fe）]上構(gòu)建GOx@MOF-545（Fe）（圖7），有氧條件下催化葡萄糖與（2-乙基苯并噻唑啉）-6-磺酸鈉（ABTS）反應(yīng)生成ABTS+，檢測(cè)限低（0.28 μmol/L），特異性強(qiáng)，也可用于葡萄糖的快速檢測(cè)；此外，GOx@MOF-545（Fe）在貯藏7 d后仍保持其原有活性的92%，而在類似條件下游離酶的活性僅保持40%，說明該固定化酶提高其原有游離酶的穩(wěn)定性。

圖7 GOx通過表面吸附制備 GOx@MOF-545（Fe） 應(yīng)用于葡萄糖檢測(cè)示意圖[52]Fig.7 Schematic diagram of GOx prepared by surface adsorption GOx@MOF-545（Fe） and applied to glucose detection[52]

3.3 藥物輸送與靶向治療

MOFs大表面積和高孔隙率的特點(diǎn)使其具有高負(fù)載能力。目前，被廣泛用于各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如藥物輸送[53]、臨床腫瘤監(jiān)測(cè)及治療[54]等。腫瘤細(xì)胞的快速增殖過程需要消耗大量的葡萄糖，葡萄糖氧化酶（GOx）可以催化葡萄糖產(chǎn)生葡萄糖醛酸（gluconic acid）和過氧化氫（H2O2），研究人員基于該原理研發(fā)出一種饑餓性協(xié)同癌癥治療方法，引入GOx用于抑制癌細(xì)胞快速增長。Zhang等[55]通過將GOx和前藥替拉扎明（Tirapazamine，TPZ）封裝在紅細(xì)胞膜包裹的MOFs納米粒子中，研制了一種仿生納米反應(yīng)器；該仿生納米反應(yīng)器可以將GOx輸送到腫瘤細(xì)胞，并耗盡腫瘤細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖，有效阻斷腫瘤營養(yǎng)供應(yīng)。Zhang等[56]將具有類過氧化氫酶活性的鉑（Pt）納米酶固定在MOFs材料Zr基卟啉（PCN-224）內(nèi)，成功制備了一種新型的納米復(fù)合材料PCN-224@Pt（圖8），此時(shí)PCN-224@Pt具有高穩(wěn)定性和良好的過氧化氫酶活性，能分解腫瘤內(nèi)H2O2并在腫瘤內(nèi)原位生成O2，利用其產(chǎn)生的細(xì)胞毒性1O2對(duì)癌細(xì)胞造成嚴(yán)重?fù)p傷。酶激活前藥療法（Enzyme Activation Prodrug Therapy，EAPT）是一種廣泛使用且有效的癌癥治療方法，通過將前藥轉(zhuǎn)化為藥物，其關(guān)鍵步驟是前藥激活，比常規(guī)化療法具有更好的選擇性，并且對(duì)人體傷害性降低[57]。由于PCN-333納米顆粒具有較高的酶包埋能力，易被熒光團(tuán)修飾，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性等特點(diǎn)。Lian[58]將其作為生物酶載體，用于實(shí)現(xiàn)腫瘤特異性前藥激活。選擇酪氨酸酶（TYR）作為激活酶，并將其裝載在PCN-333納米顆粒（NPCN-333）中，形成一種納米酶復(fù)合反應(yīng)器TYR@NPCN-333。細(xì)胞毒性來自對(duì)乙酰氨基酚（APAP）的酶促轉(zhuǎn)化產(chǎn)物4-乙酰氨基-鄰-苯醌（AOBQ），TYR@NPCN-333通過產(chǎn)生活性氧（ROS）和消耗谷胱甘肽（GSH），可持續(xù)激活癌細(xì)胞中的前藥APAP。結(jié)果表明，無毒前藥APAP可以被TYR@NPCN-333有效激活，產(chǎn)生細(xì)胞毒性化合物，抑制癌細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。用TYR@NPCN-333和APAP治療后，腫瘤體積消退了2.5倍，故在藥物輸送與腫瘤靶向治療方面，更加高效，對(duì)人體的傷害性更低。

圖8 PCN-224-Pt的制備用于分解腫瘤內(nèi)H2O2抑制腫瘤細(xì)胞生長示意圖[56]Fig.8 Preparation of PCN-224-Pt used to decompose the H2O2 in the tumor and inhibit the growth of tumor cells[56]

4 結(jié)論與展望

作為穩(wěn)定性強(qiáng)、高效的固定化酶的載體，金屬有機(jī)骨架MOFs使生物酶的穩(wěn)定性、催化活性、可回收性等得到顯著提升，構(gòu)建的MOFs固定化酶復(fù)合材料在不同領(lǐng)域應(yīng)用均體現(xiàn)出它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但同時(shí)MOFs載體固定化生物酶也存在一些待解決的問題：其一，絕大多數(shù)MOFs材料在極端的條件下（如溶劑、pH等）性質(zhì)不穩(wěn)定，嚴(yán)重阻礙它們?cè)趯?shí)際條件下作為酶固定化載體的應(yīng)用。其二，由于MOFs的微孔尺寸與生物酶分子的直徑不匹配，使MOFs材料作為固定化酶的載體應(yīng)用到生產(chǎn)領(lǐng)域仍然受限制。其三，由于生物酶不能通過擴(kuò)散的方法進(jìn)入到MOFs孔隙內(nèi)，其直接進(jìn)入MOFs的孔隙中易引起酶的結(jié)構(gòu)變化，使酶活性降低。今后，希望致力于提高M(jìn)OFs的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和適用性方面的研究，開發(fā)、設(shè)計(jì)新型MOFs材料以固定不同種類的生物酶，并向一次催化多種反應(yīng)的MOFs固定化酶方向發(fā)展。