近日，青岛科技大学朱之灵教授的AMR述评文章“Rational Design of Nanozymes for Catalytic Medicine”在线发表。文章着重讨论了人工智能赋能纳米酶催化医学的研究进展，提出了一种面向疾病治疗的数据驱动的纳米酶理性设计策略，并对该领域的未来发展进行了展望。

关键词：纳米酶；催化医学；理性设计；机器学习；描述符

原文提要：

This Account advocates a paradigm shift from “function-driven” to “disease-oriented” design principles and outlines a theoretical and technological framework for the development of high-efficiency and precision nanozymes in biomedical applications.

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文章内容简介

纳米酶研究的最新进展正在为催化医学开辟全新的研究范式，并为疾病干预提供了极具前景的解决方案。然而，纳米酶治疗策略的临床转化仍面临若干关键瓶颈，包括催化效率有限、底物选择性不足以及体内催化行为与性能稳定性难以精确调控等问题。针对上述挑战，本文提出了一种以疾病需求为导向、以数据驱动为核心的纳米酶理性设计策略。该策略通过构建与具体治疗目标高度相关的物理化学描述符体系，系统整合实验表征数据、材料与生物数据库、理论计算结果及机器学习算法，旨在建立纳米酶的结构–功能–治疗功效之间的定量关联模型，从而实现对催化性能的精准预测与针对性优化。进一步地，本文系统梳理了催化医学领域中纳米酶理性设计的最新发展趋势，深入讨论了当前亟待突破的关键科学问题与技术瓶颈。最后，文章强调纳米酶设计理念由传统的“功能驱动”向“疾病导向”转变的重要性，并提出了面向生物医学应用开发高效、精准纳米酶体系的基本设计原则与技术框架。

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AMR：您为何选择这个特定的研究领域？

作者团队：

选择聚焦于人工智能赋能的纳米酶催化医学领域，其核心动因在于数据驱动的理性设计范式为突破催化医学临床转化瓶颈提供了具有变革意义的新思路。传统纳米酶研究在很大程度上依赖经验积累与试错式优化，难以在催化效率、底物选择性与体内稳定性等关键性能指标之间实现协同提升，同时也缺乏对疾病病理特征与治疗需求的精准适配。相比之下，人工智能与纳米酶研究的深度融合为系统性破解上述难题提供了理想的平台：通过整合多源实验数据、材料信息与催化机理理论，可构建面向具体疾病的特异性描述符体系；借助机器学习算法，能够高效挖掘纳米酶结构、催化行为与治疗效果之间潜在而复杂的关联关系，从而突破传统研究中“数据孤岛”和经验主导的局限；更为关键的是，该设计理念推动了纳米酶研究由传统的“功能驱动”向“疾病导向”的范式转变，使纳米酶从单一的催化材料升级为可主动适配病理微环境的精准治疗工具。总体而言，这一跨学科融合的研究路径不仅为开发高效、安全且可预测的催化治疗策略提供了全新的技术手段，也有望加速催化医学从概念验证走向临床转化，为复杂疾病的精准干预提供更具针对性的解决方案。

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AMR：在您看来，当前最值得关注

的研究热点是什么？

作者团队：

纳米酶催化医学领域最具前沿价值的研究议题，在于如何将纳米酶的设计逻辑由传统的“功能驱动型单一性能优化”升级为“疾病导向的智能化精准催化系统”。这一转变的核心不再局限于对催化活性的持续提升，而是强调将疾病特异性的病理微环境特征深度耦合至纳米酶的结构–功能–治疗效应关系之中，使其能够类似天然酶对生理过程的精确响应，通过构建疾病导向的关键描述符，实现对催化反应时机、作用位点及催化强度的可预测、可调控调节。例如，在肿瘤缺氧微环境中实现选择性催化激活，或在炎症局部精准清除过量活性氧，同时最大程度降低对正常组织的非特异性损伤。

这一设计理念已在相关研究中得到验证：通过机器学习挖掘与疾病进程高度相关的物理化学描述符，并据此实现定向构筑的Ni₃S₄纳米酶，不仅展现出优异的SOD/CAT双酶样活性，更通过对酸稳定性与表面电荷的协同调控，精准适配炎症性肠病的病理微环境需求。这一过程体现的已不再是孤立的材料参数优化，而是在原子、分子及生物体系等多尺度层面对纳米酶的化学与生物学属性进行协同“编辑”，从而实现对疾病治疗路径的主动引导与精准干预。

展望未来，纳米酶催化医学的研究重点将进一步转向数据驱动与可解释人工智能技术的深度融合，以实现对纳米酶催化行为全流程、可调控的精准设计。其关键科学问题在于解析并量化纳米酶与病理微环境、生物分子之间的动态相互作用规律，最终推动兼具高催化效率、强靶向性与优异生物相容性的精准催化医学体系走向成熟应用。

作者团队简介

朱之灵，青岛科技大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，泰山学者青年专家。先后获中南大学学士、中国科学院大连化学物理研究所硕士学位、美国休斯顿大学博士学位，曾在该校从事博士后研究。2018年起任职于青岛科技大学，聚焦人工智能赋能纳米生物学研究。主持国家自然科学基金面上、青年等项目，以通讯作者在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表SCI论文50余篇，其中ESI热点论文1篇、ESI高被引论文10篇，H指数35。

蒋明钰毕业于青岛科技大学药物制剂专业，获学士学位，目前于该校攻读硕士学位，主要研究方向为数据驱动的纳米催化医学。

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Rational Design of Nanozymes for Catalytic Medicine

Mingyu Jiang and Zhiling Zhu*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00209

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