腫瘤微環(huán)境（TME）標志物的高靈敏度檢測，對揭示腫瘤進展狀態(tài)、實現腫瘤區(qū)域定位及指導后續(xù)干預具有重要意義。然而，TME具有高度復雜性和動態(tài)異質性，現有技術在腫瘤區(qū)域定位、微環(huán)境特征識別和動態(tài)監(jiān)測等方面仍面臨挑戰(zhàn)。

近日，中國科學院蘭州化學物理研究所天然藥物與化學測量研究中心海軍研究員團隊，發(fā)展了一種以氧化石墨烯為二維支撐載體的Fe單原子納米酶（FeNC SAzymes）。與傳統(tǒng)平面Fe-N₄構型相比，軸向O配位的引入有效打破了對稱配位限制，增強了活性中心的電子調控能力（圖1）。此外，密度泛函理論計算解析該關鍵活性能有效降低多酶反應途徑的能量勢壘，從而提升NOX、POD和GSHOx等多酶樣級聯相關過程的反應效率，為后續(xù)觸發(fā)后放大效應提供基礎（圖2）。FeNC SAzymes結構設計使Fe中心的電荷分布和d軌道電子態(tài)密度得到優(yōu)化，從而提升其對反應中間體的吸附與活化能力以及電子轉移效率，為實現TME識別、可視化檢測和響應研究提供了新方法。

圖1.軸向極化FeNC SAzyme的制備與表征

在此基礎上，研究團隊通過功能分子引入和表面修飾構建了面向TME研究的智能響應納米平臺（SNAPiFe@RGD），利用該平臺進一步開展了機制研究。研究發(fā)現在細菌定植的4T1荷瘤小鼠模型中，SNAPiFe@RGD在實現腫瘤定位的基礎上，還可有效抑制腫瘤內細菌定植，并緩解由其誘導的免疫抑制狀態(tài)，說明通過對TME變化進行檢測和表征，有助于加深對腫瘤進展狀態(tài)及其微環(huán)境演變特征的認識（圖3）。同時，SNAPiFe@RGD在完成腫瘤區(qū)域及其微環(huán)境特征識別的同時，還具備由檢測向功能響應延伸的能力。該研究從單原子活性位點調控出發(fā)，將TME識別、腫瘤區(qū)域可視化定位和后續(xù)功能響應有機結合，為其標志物檢測和機制研究提供了新思路。

圖2.多酶催化原理解析

圖3.SNAPiFe@RGD SAzymes腫瘤精準定位、同步清除TRIM與腫瘤細胞示意圖

相關研究成果以“Axially Polarized O-Fe-N₄ Single-Atom Enzyme Drives Clearance of Tumor-Resident Intracellular Microbiota and Potentiates Immunotherapy”為題發(fā)表在ACS Nano（2026, 20, 8704-8725）上，蘭州化物所景泉博士為論文第一作者，蘭州化物所海軍研究員、邸多隆研究員和蘭州大學汪寶堆教授、新疆大學范仲雄教授為論文共同通訊作者，蘭州化物所為第一完成單位。

以上工作得到了國家自然科學基金、中國科學院人才計劃項目、甘肅省自然科學基金、甘肅省科技計劃和蘭州化物所人才項目等支持。