本文作者为Pengfei Shi、Lidong Han、Yingyan Liu、Zhanxiang He以及Shusheng Zhang，研究团队来自临沂大学化学化工学院山东省肿瘤成像装备开发与诊疗一体化技术重点实验室。该研究发表于Analytical Chemistry期刊，2026年6月10日正式刊出。
研究背景方面，恶性肿瘤严重威胁人类健康，生物酶因其高底物亲和性、优异特异性及良好生物安全性而成为肿瘤治疗领域的研究热点。乳酸氧化酶（lactate oxidase, LOx）作为一种新型治疗酶，可催化乳酸（lactic acid, LA）氧化生成丙酮酸和过氧化氢（H₂O₂），从而消耗肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）中支持肿瘤细胞增殖和免疫抑制的关键代谢物。然而，大多数生物酶的热稳定性与化学稳定性差，在系统循环中易失活且清除速度快，因此亟需发展合适的酶固定化载体。金属有机框架（metal-organic frameworks, MOFs）因其大比表面积、高孔隙率和结构可调性，在酶固定化领域展现出独特优势。本研究的核心目标是通过离子交换策略构建一种高效负载并保护LOx的纳米平台，实现乳腺癌的成像引导联合治疗。
在研究流程方面，作者首先采用一锅法合成锰-四(4-羧基苯基)卟啉（Mn-TCPP），随后通过离子交换法将部分Mn³⁺替换为Tb³⁺，制得双金属Mn(Tb)-TCPP框架。实验中系统考察了不同Mn-TCPP与Tb³⁺的摩尔比（1:1、1:2、1:4、1:8），最终选择1:4作为最佳比例。透射电子显微镜（TEM）显示Mn-TCPP、Mn(Tb)-TCPP及LOx-Mn(Tb)-TCPP均保持约200 nm的均匀单分散尺寸；粉末X射线衍射（PXRD）证实离子交换和酶负载后框架结构未发生改变；紫外-可见吸收光谱中出现红移现象，说明Mn-TCPP形成后共轭体系扩展；能量色散X射线光谱（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）进一步确认了Tb和Mn元素的存在及价态。在LOx固定化步骤中，将100单位LOx与1 mg/ml Mn(Tb)-TCPP溶液在37°C下混合反应3小时，通过配位作用将LOx固定于载体表面。采用BeyoBCA快速蛋白检测试剂盒测定酶负载能力，结果显示Mn(Tb)-TCPP的LOx负载效率达到13.25%，而Mn-TCPP仅为4.25%。释放实验表明，在pH 7.4或激光照射条件下LOx释放极少，而在pH 5.5或谷胱甘肽（glutathione, GSH）存在时释放显著。
在催化性能验证阶段，作者首先通过DTNB比色法定量评价Mn(Tb)-TCPP对GSH的消耗能力，发现随着材料浓度升高，412 nm处紫外吸收逐渐降低，证实其具有显著的GSH耗竭活性。随后以亚甲基蓝（methylene blue, MB）降解实验评价类芬顿催化活性，结果显示随H₂O₂浓度升高和反应时间延长，MB在665 nm处的吸收峰逐渐下降，表明Mn(Tb)-TCPP可持续催化H₂O₂产生活性氧（reactive oxygen species, ROS）。此外，利用2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）探针评估光动力效应，Mn(Tb)-TCPP+H₂O₂+激光组展现出最强的荧光信号，说明化学动力学疗法（chemodynamic therapy, CDT）与光动力疗法（photodynamic therapy, PDT）具有协同增强作用。在LOx-Mn(Tb)-TCPP的ROS生成能力评价中，LOx-Mn(Tb)-TCPP+LA组的荧光显著增强，证明LOx可催化乳酸转化为H₂O₂，进而由锰离子催化产生ROS；而LOx-Mn(Tb)-TCPP+LA+激光组的荧光最强，归因于类芬顿反应与光催化过程对H₂O₂的双重利用。通过HPF和SOSG探针进一步区分ROS类型，证实LOx-Mn(Tb)-TCPP可同时产生羟基自由基（•OH）和单线态氧（¹O₂）。
在细胞实验部分，作者选用人乳腺癌细胞MCF-7和人正常肝细胞LO2进行对比研究。CCK-8实验显示，8 μg/ml浓度下Mn(Tb)-TCPP对MCF-7细胞活力约为75%，对LO2细胞活力高于80%，差异源于肿瘤细胞中H₂O₂过表达。LOx-Mn(Tb)-TCPP组细胞活力低于Mn(Tb)-TCPP组，而LOx-Mn(Tb)-TCPP+激光组细胞活力最低，证实了乳酸氧化酶负载能够持续提供H₂O₂底物，从而增强CDT和PDT效果。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察确认LOx-Mn(Tb)-TCPP可被MCF-7细胞有效摄取，通过TCPP荧光可在4小时后清晰成像。Calcein-AM/PI活死细胞双染结果显示，LOx-Mn(Tb)-TCPP+激光组几乎完全消除肿瘤细胞，与CCK-8数据一致。细胞内ROS检测进一步证实，LOx-Mn(Tb)-TCPP+激光组在所有组别中荧光强度最高。
在磁共振成像（MRI）性能评估方面，体外实验表明LOx-Mn(Tb)-TCPP的T₁加权信号强度与其浓度呈正相关。在模拟肿瘤微环境条件下（低pH和高GSH），材料的纵向弛豫率（r₁）从6.222 mM⁻¹s⁻¹显著提升至8.696 mM⁻¹s⁻¹，优于大多数已报道的小分子锰基造影剂。小鼠肿瘤模型中，瘤内注射2小时后肿瘤区域T₁信号强度明显增强，与周围健康组织形成鲜明对比，证实了LOx-Mn(Tb)-TCPP作为T₁加权MRI造影剂的潜力。
在体内抗肿瘤实验中，作者建立了MCF-7荷瘤BALB/c裸鼠模型，荷瘤鼠随机分为五组：PBS、Mn(Tb)-TCPP、Mn(Tb)-TCPP+激光、LOx-Mn(Tb)-TCPP和LOx-Mn(Tb)-TCPP+激光组。14天治疗期间每2天瘤内注射一次。结果显示，PBS组肿瘤持续生长；Mn(Tb)-TCPP单药组仅产生微弱抑瘤效果；LOx-Mn(Tb)-TCPP组因乳酸氧化酶催化乳酸产生H₂O₂，显著增强了芬顿反应，抑瘤效果优于Mn(Tb)-TCPP组；LOx-Mn(Tb)-TCPP+激光组展现出最强的抗肿瘤效果，肿瘤几乎完全抑制。各组小鼠体重均未出现显著波动，表明材料具有良好体内生物相容性。肿瘤组织苏木精-伊红（H&E）染色显示，LOx-Mn(Tb)-TCPP+激光组出现明显形态学损伤，而主要器官（心、肝、脾、肺、肾）均未见明显病理异常。溶血实验表明，1-8 μg/ml浓度范围内溶血率均低于5%；血常规和生化指标与对照组相比无统计学显著差异，进一步验证了材料优良的生物安全性。
研究结论指出，本研究成功开发了一种基于离子交换策略的新型乳酸氧化酶固定化与保护系统。通过将Mn-TCPP中的部分Mn³⁺替换为Tb³⁺，显著提高了对LOx的负载效率，构建出具有肿瘤微环境响应性的LOx-Mn(Tb)-TCPP复合纳米平台。该平台在肿瘤部位催化乳酸氧化生成H₂O₂，同时Mn³⁺介导GSH耗竭、催化H₂O₂产生O₂，协同增强CDT和PDT疗效。此外，框架降解释放的Mn²⁺实现了T₁加权MRI引导的精准肿瘤治疗。本研究的科学价值在于提出了一种通过离子交换引入配位不饱和金属位点以增强酶负载效率的新策略，丰富了MOF-酶复合材料的构建方法学；其应用价值在于为乳腺癌等实体瘤提供了一种集催化治疗、光动力治疗和影像引导于一体的诊疗一体化方案。研究亮点包括：首次将Tb³⁺离子交换策略应用于乳酸氧化酶的递送，酶负载效率较原始Mn-TCPP提升约3倍；实现了乳酸消耗、H₂O₂生成、GSH耗竭、O₂产生和ROS生成的多重级联反应；材料兼具MRI造影功能，可实现治疗过程的实时影像监测。