摘要：DNA酶（DNAzyme）作为一类具有催化功能的核酸分子，可通过特异性识别并切割肿瘤相关mRNA分子，在肿瘤的分子诊断与靶向治疗领域展现出革命性应用前景。然而，细胞内金属辅因子（如Mn2+）不足，满足DNAzyme激活的催化需求，限制了其生物医学转化应用。
第一作者：谢文菁、郝强军、叶子
通讯作者：彭汉勇
通讯作者单位：中国科学院生态环境研究中心
DNA酶（DNAzyme）作为一类具有催化功能的核酸分子，可通过特异性识别并切割肿瘤相关mRNA分子，在肿瘤的分子诊断与靶向治疗领域展现出革命性应用前景。然而，细胞内金属辅因子（如Mn2+）不足，满足DNAzyme激活的催化需求，限制了其生物医学转化应用。
中国科学院生态环境研究中心彭汉勇团队与江桂斌院士、乐晓春院士、汪海林研究员等合作，创新构建了温度调控型纳米颗粒合成体系，通过DNAzyme分子诱导自组装技术精准调控锰基纳米颗粒生长，开发多功能诊疗一体化DtMnP纳米制剂，同步实现肿瘤分子影像可视化与靶向治疗协同增效。相关成果发表在Angewandte Chemie International Edition 期刊上。
图1. 多功能DNA模板化碳酸锰纳米颗粒（DtMnP）的制备与诊疗应用
多功能DNA模板化碳酸锰纳米颗粒（DtMnP）的制备过程包含三个阶段：（1）以球形核酸（DNAzyme功能化的金纳米颗粒）为支架，通过磷酸配位实现Mn2+可控沉积，引发碳酸锰的异相成核；（2）通过调节温度来改变碳酸锰的溶解常数（Ksp），在液氮条件下快速冷冻促使纳米颗粒沿DNA模板生长；（3）冷冻干燥使纳米颗粒稳定，便于长期稳定保存，避免了传统纳米颗粒溶液常见的聚集问题。
图2. Mn2+与球形核酸的相互作用和DtMnP粒径大小表征
图3. DtMnP的结构表征
DtMnP具有pH响应性释放的特点，在肿瘤微酸环境条件（pH 5.5）下，60分钟内可释放出90%的Mn2+。释放的Mn2+具有双重功能：（1）触发磁共振成像（MRI）的信号放大，实现MCF-7肿瘤的成像，并具有良好的生物安全性；（2）通过DNAzyme介导的EGR-1基因沉默（使mRNA下调60%），并结合Mn2+催化的芬顿反应产生具有细胞毒性的羟基自由基实现化学动力治疗（使MCF-7细胞凋亡率达到45%），从而发挥协同治疗的功效。
图4. DtMnP的pH响应性
图5. MCF-7荷瘤小鼠的MRI成像
图6. DtMnP用于肿瘤细胞的化学动力学和基因沉默治疗
小结
该温度调控型核酸导向合成策略创新性地建立了一种普适性平台技术，不仅实现了多功能纳米颗粒的可控构筑，更通过核酸序列的模块化与功能化设计构建了灵活可编程的载体系统，显著提升了诊疗功能元件的按需组装能力。这种兼具肿瘤微环境响应特性和结构稳定性的纳米体系，为发展"诊-疗"联动的一体化纳米制剂提供了创新性技术路径。
该工作得到了国家重点研发计划、中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项(B类) 、国家自然科学基金委面上项目、青年基金等项目的支持。
Spherical Nucleic Acids-Directed Cryosynthesis of Manganese Nanoagents for Tumor Imaging and Therapy
Wenjing Xie, Qiangjun Hao, Zi Ye, Rui Sha, Bei Wen, Hailin Wang, Hongquan Zhang, Guohua Jia, X. Chris Le, Guibin Jiang, Hanyong Peng
Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202503004
通讯作者介绍
彭汉勇，中国科学院生态环境研究中心研究员，博士生导师，环境化学生物学和健康研究组组长。2008年本科毕业于武汉大学，2014年获武汉大学分析化学博士学位，2011-2013年留学加拿大阿尔伯塔大学。2015-2020年在加拿大阿尔伯塔大学开展博士后研究。2021年获国家高层次青年人才资助。2021年至今在中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室工作。
研究内容聚焦前沿的环境与健康科学问题，发展生命体内分子鉴定、检测、成像和调控的先进分析手段，突破复杂环境和生物体系中关键分子毒性和功能研究的技术瓶颈，解析环境污染物健康效应的分子机制。
学术论文发表期刊包括Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS nano, Environ. Health Persp., Anal. Chem., Environ. Sci. Technol. 等，并有多项美国专利。担任Anal. Chem., J. Environ. Sci., E&H, 环境化学，高等学校化学学报 等期刊青年编委。
来源：X一MOL资讯
