角膜碱烧伤是严重的眼科急症，常导致视力下降甚至失明。其核心机制之一是氧化应激失控，引发炎症、细胞凋亡和病理性角膜新生血管化。角膜碱烧伤后，活性氧（ROS）急剧升高，产生破坏性强的自由基，并激活炎症和促血管生成信号通路（如VEGF），最终导致角膜混浊和新生血管形成（CNV）。当前临床治疗面临多重困境，传统药物如糖皮质激素（如地塞米松），抗 VEGF 生物制剂和传统抗氧化剂（如 N - 乙酰半胱氨酸）等难以兼顾疗效与安全性。面对这一核心临床痛点，近日，北京大学张俊龙教授团队联合中山大学眼科中心迟玮教授团队（现深圳市眼科医院）等，成功开发了一种模拟天然锰过氧化氢酶核心结构的双核锰配合物（Mn-2），在治疗角膜碱烧伤损伤方面展现出良好的疗效和安全性。
图1. 反铁磁双核锰仿酶设计以及在角膜碱烧伤模型中的生物学应用。图片来源：Journal of the American Chemical Society
工作的亮点在于，精准设计并合成了双核锰配合物Mn-2，成功复现了天然MnCAT的核心特征：晶体结构显示Mn-Mn距离为3.18 Å，与天然酶（3.10-3.40 Å）高度吻合。磁学测量（SQUID）证实Mn-2存在弱反铁磁相互作用（J = -2.9 cm-1），这是实现协同催化H2O2的关键。通过反磁性耦合结构极化 H₂O₂的 O-O 键，实现 “清洁” 歧化（生成 H₂O 和 O₂），催化效率（以单位锰离子计）是单核配合物 Mn-1 的 3.9 倍、三核配合物 Mn-3 的 1.8 倍。理论计算（DFT）进一步揭示，反铁磁耦合使 Mn-2 可显著降低 H₂O₂分解能垒，并通过 Mn²⁺/Mn³⁺循环的双电子转移机制实现 “无副产物” 催化，避免高活性 Mn⁴⁺物种对细胞的额外损伤。
图2. 仿酶活性与机制。图片来源：Journal of the American Chemical Society
在人角膜上皮细胞（HCECs）模型中，Mn-2能有效清除H2O2诱导的ROS累积，减轻脂质过氧化（MDA水平下降），并发挥了抗氧化和抗凋亡的双重功能。 在小鼠角膜碱烧伤模型中，滴注Mn-2效果显著，显著减轻角膜炎症性水肿和混浊，效果与临床标准药物地塞米松相当。有效抑制角膜新生血管（CNV）的长度和面积。 与延缓上皮愈合的地塞米松不同，Mn-2能显著加速角膜上皮缺损的闭合，这对于预防感染和恢复视力屏障至关重要。
图3. 治疗角膜碱烧伤的应用。图片来源：Journal of the American Chemical Society
该项工作成功地将天然酶的电子结构（反铁磁耦合） 作为核心设计原则引入合成金属药物，在抑制炎症和新生血管方面达到与地塞米松相当的疗效，同时避免了类固醇激素的主要副作用（上皮愈合延迟）。该工作开创了新一代ROS清除治疗剂的设计思路，为开发用于其他氧化应激相关疾病（如神经退行性疾病、缺血再灌注损伤）的疗法提供了重要启示。
论文发表于化学领域顶级期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。文章共同第一作者为北京大学博士生张航、吴家辉及中山大学徐刊同学，通讯作者为北京大学张俊龙教授与中山大学迟玮教授；研究过程中，北京大学高松/王炳武团队、北京师范大学孙豪岭教授团队提供了磁性表征与数据分析支持。该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会及北京分子科学国家研究中心的资助。
排版：高杨
审核：牛林，刘志博
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