抗生素在环境中的暴露可能对人类健康造成潜在危害。抗生素发挥其毒性作用的一个重要机制是产生活性氧化物（ROS），而髓过氧化物酶（MPO）等酶在调节ROS平衡方面扮演着关键角色。人体内MPO水平的增加与炎症程度的加剧密切相关。MPO在组织中的高表达与多种疾病相关，是心血管疾病、神经系统疾病、肾脏疾病、肺部疾病、急性髓系白血病等疾病的生物标志物。随着对MPO在炎症生理和病理过程中作用的深入研究，迫切需要监测细胞内MPO的时空分布变化信息。已有的检测方法主要通过检测MPO或其主要的催化产物HClO，包括酶联免疫吸附法、比色法、荧光法、电化学法等。然而，这些方法通常需要复杂的样品处理步骤，例如细胞裂解和蛋白纯化，容易受到样品基质和背景信号的干扰，难以用于活细胞分析。因此，开发一种能够实时成像活细胞内MPO的原位响应探针仍然是一个重大挑战。

　　

　　图1. DNAzyme纳米机器检测细胞内MPO/HClO示意图

　　环境化学与生态毒理学国家重点实验室彭汉勇团队开发了一种MPO响应的DNAzyme纳米机器，利用金纳米颗粒（AuNPs）作为支架，负载功能性DNAzyme链及其底物链。当存在MPO时，通过催化卤化反应生成次氯酸（HClO）。HClO将特异性催化DNAzyme上磷硫酸酯修饰位点的断裂，从而释放出活性DNAzyme链，切割其底物，产生带有荧光标记的片段。通过检测细胞中的荧光信号，能够对MPO/HClO进行成像。DNAzyme纳米机器对MPO的检测限为38.0 ng/mL，HClO的检测限为13.0 nM。在分别暴露4种常见抗生素（佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯、红霉素、青霉素和四环素）和抗生素生产废水后，通过DNAzyme纳米机器活细胞成像，成功区分了抗生素诱导所产生的MPO水平升高。这一技术为评估抗生素暴露对人体健康的影响提供了一种新策略，有望用于抗生素引起的潜在风险的监测和评估。

　　

　　图2. DNAzyme纳米机器对HClO/MPO的检测性能

　　

　　图3.在不同抗生素和红霉素生产废水暴露条件下，DNAzyme纳米机器对RAW264.7细胞的炎症反应进行成像

　　该论文的第一作者为中国科学院生态环境研究中心2021届博士生袁爱姣和吉林大学联合培养硕士生郝慧芳，通讯作者为生态环境研究中心彭汉勇研究员和吉林大学公共卫生学院李金华副教授。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委面上项目、中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项(B类)等项目的支持。

　　

　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c06956