研究背景

纳米酶驱动的铁死亡策略通过诱导铁过载和氧化应激，为对抗耐药细菌感染提供了新思路。然而，细菌自身的金属转运蛋白和抗氧化系统能够有效减少铁积累并抑制脂质过氧化，这大大限制了基于铁死亡疗法的疗效，甚至可能诱导细菌产生耐药性。单原子纳米酶凭借其最大的原子利用率和均一的活性中心结构展现出独特优势，而手性调控则有望赋予其催化特异性。如何利用手性单原子纳米酶协同调控催化活性与细菌金属稳态，从而克服细菌防御机制，仍是该领域亟待解决的关键问题。

针对这一挑战，中国科学技术大学苗庆庆教授团队报道了一种D-手性单原子铁碳点纳米酶（DFe-NSC），通过协同增强的活性氧（ROS）催化与金属转运调控功能，高效诱导细菌发生铁死亡，实现了耐药菌感染的有效治疗。与L-手性对映体（LFe-NSC）相比，DFe-NSC展现出显著增强的类过氧化物酶（POD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）活性，能够高效催化ROS生成并消耗谷胱甘肽（GSH），从而破坏细菌的氧化还原稳态。更有趣的是，DFe-NSC还能特异性调控细菌金属转运蛋白（如Fur和FtnA）的表达与功能，诱导胞内Fe²⁺大量积累，通过芬顿反应触发脂质过氧化，进一步放大了铁死亡效应。在糖尿病感染伤口和骨髓炎动物模型中，负载DFe-NSC的可溶微针贴片实现了显著的抗菌和组织修复效果。

研究内容

图1. 手性Fe-NSC的表征。

首先，研究团队利用L-/D-半胱氨酸和铁酞菁作为前驱体，成功构建了具有手性结构的单原子铁碳点纳米酶（Fe-NSC）。通过球差校正高角环形暗场扫描透射电子显微镜（AC-HAADF-STEM）与X射线吸收精细结构谱（XAFS）分析，证实了Fe原子以Fe-N₄S配位结构分散于碳基底中。圆二色谱（CD）显示，使用L-或D-半胱氨酸制备的Fe-NSC表现出镜像对称的CD信号，证实了手性结构的成功引入（图1）。

03总结与展望

总而言之，本研究提出了一种“手性催化-金属转运调控”协同策略，通过构建D-手性单原子铁碳点纳米酶（DFe-NSC），实现了对耐药菌感染的高效治疗。手性结构的引入不仅显著增强了纳米酶的类POD和GPx活性，还使其获得了特异性调控细菌金属转运蛋白（Fur/FtnA）的能力。这种双重作用机制——既破坏细菌氧化还原稳态，又打破胞内铁稳态——协同诱导了细菌发生铁死亡。结合可溶微针递送系统，DFe-NSC在糖尿病感染伤口和骨髓炎模型中展现出优异的抗菌、抗炎及促组织修复效果。该工作揭示了手性调控在纳米酶催化活性和生物功能中的关键作用，为开发具有选择性催化与金属稳态调控双功能的智能纳米酶提供了新的设计思路，也为耐药细菌感染的精准治疗开辟了前景广阔的途径。

该工作以“Chiral Single-Atom Nanozymes-Enabled ROS Catalysis and Metal Transport Regulation Cooperatively Induce Ferroptosis to Treat Bacterial Infections”为题发表于Advanced Materials。