在生物化学的世界里，同工酶（isoenzymes）是一类令人着迷的存在——它们催化相同的化学反应，却在结构、动力学和调控特性上各具特色。乳酸脱氢酶的五个电泳可分离形式便是经典例证，百年来为代谢调控和临床诊断提供了关键工具。然而，当科学家试图在人工纳米酶体系中复现这种“同工异曲”的精妙策略时，却长期缺乏理想的结构模型。大多数纳米酶结构定义模糊，难以在原子尺度上建立清晰的结构-活性关联。

2026年1月，内蒙古大学Hui Shen团队与厦门大学郑南峰、中国科学院生物物理所阎锡蕴等合作者在Aggregate上发表的研究，首次提出了“异构纳米酶”（iso-nanozymes）这一全新概念，并以一对原子精确的铜纳米簇为模型，展示了纳米酶结构-活性关系研究从“模糊”走向“精确”的可能性。

研究团队合成了两个同构的铜纳米簇——[Cu₃₂(SC₂H₅)₁₆(PPh₃)₈Cl₉]⁺（Cu₃₂）和[Cu₃₀(SC₂H₅)₁₆(PPh₃)₆Cl₉]⁺（Cu₃₀），二者均能模拟辣根过氧化物酶（HRP）的催化功能。单晶X射线衍射分析揭示，Cu₃₀拥有与Cu₃₂完全相同的金属骨架和配体类型，唯一的差别在于Cu₃₀缺少两个PPh₃Cu⁺单元。这处看似微不足道的结构“减法”，却在催化性能上产生了令人瞩目的“乘法效应”：在相同的HRP模拟反应条件下，Cu₃₀的比活性约为Cu₃₂的6.5倍。密度泛函理论计算与电化学分析的联用，进一步揭示了性能差异的根源——Cu₃₀更开放的表面结构为底物提供了更宽敞的“入口”，而更富电子的铜电荷分布则增强了底物吸附的驱动力。

这项工作的意义远不止于合成两个高活性纳米簇。它第一次在纳米酶领域建立了类似于天然同工酶的研究范式：以原子级结构差异为自变量，以催化性能为因变量，在完全可控的模型体系中考量结构的“微扰”如何传导为功能的“巨变”。这与此前原子级精确纳米酶的研究方向一脉相承——例如，通过单原子锰纳米酶精确模拟天然Mn-SOD活性中心，实现了对底物的高度选择性催化（Zhang et al., 2026）；又如，利用原子精确的铜纳米簇调控类芬顿反应中的电子转移，为化学动力学治疗提供了新的催化策略（Saini et al., 2024）。但“异构纳米酶”概念的独特之处在于，它不再追求对天然酶活性中心的“复制”，而是主动创造结构可控的“变体家族”，从而将纳米酶的结构-活性关系研究从“描述性”推向“预测性”。

从更宏观的视角来看，这项研究回应了纳米酶领域一个长期存在的张力：纳米酶的优势在于稳定性、可修饰性和规模化制备，但其催化活性和选择性的“精细度”始终难以与天然酶比肩。原子精确金属纳米簇的引入，正在改变这一格局。当纳米酶的每一个原子都可以被“定位”和“计数”时，结构-活性关系便不再是一个黑箱，而成为可以系统操控和理性设计的变量。Cu₃₂与Cu₃₀之间的6.5倍活性差异，正是这种可控性的有力证明。

当然，从模型体系到实际应用仍有漫长的路要走。如何将“异构纳米酶”的设计理念拓展到更多金属体系和更复杂的催化反应中？如何在保持原子精确性的同时实现规模化合成？这些问题有待后续研究回答。但方向已经清晰：纳米酶研究的“原子时代”正在到来，而“异构纳米酶”为这个时代提供了一个精巧而有力的概念工具。

参考文献

[1] Jing Sun, Mengke Wang, Zong-Jie Guan, et al. Iso-Nanozymes of Atomically Precise Copper Nanoclusters. Aggregate, 2026. DOI: 10.1002/agt2.70271

https://doi.org/10.1002/agt2.70271

[2] Fengxian Zhang, Ruohan Yu, Min Qi, et al. Atomic-level design of artificial superoxide dismutase with exceptional substrate specificity. Journal of Materials Science & Technology, 2026, 248: 143–154. DOI: 10.1016/j.jmst.2025.05.038

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.05.038

[3] Vishal Saini, Kartikay Tyagi, Reena Kumari, V. Venkatesh. Atomically precise copper nanoclusters mediated Fenton-like reaction for cancer chemodynamic therapy. Chemical Communications, 2024, 60(86): 12593–12596. DOI: 10.1039/d4cc03338h

https://doi.org/10.1039/d4cc03338h

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