芬顿反应抗肿瘤 芬顿反应原理图
芬顿反应(Fenton reaction)是一种重要的无机化学反应，近年来在肿瘤治疗领域展现出巨大潜力。这种利用过氧化氢(HO)与亚铁离子(Fe)产生高活性自由基的化学反应，为肿瘤治疗提供了新思路。
芬顿反应的基本原理
芬顿反应是由英国化学家H.J.H.Fenton于1893年发现的一种无机化学反应，其核心过程是过氧化氢(HO)与亚铁离子(Fe)的混合溶液能够将许多有机化合物氧化为无机态。该反应在pH约为3的酸性条件下最为有效，主要产物包括三价铁离子(Fe)、羟基离子(OH)和具有极强氧化性的羟基自由基(OH)。
芬顿反应的经典化学方程式为：
```
Fe + HO → Fe + OH + OH
```
反应机理包含三个主要阶段：
1. 链引发阶段：生成羟基自由基(OH)和氢过氧自由基(HO)
2. 链传播阶段：活性氧自由基(ROS)与有机化合物反应，生成烷基自由基(R)和烷基过氧自由基(RO)
3. 链终止阶段：反应性中间体不再产生，反应逐渐停止
芬顿反应在肿瘤治疗中的应用机制
1. 化学动力学疗法(CDT)
化学动力学疗法是利用肿瘤微环境(TME)中高表达的HO，通过芬顿或类芬顿反应产生高毒性的羟基自由基(OH)，特异性杀死肿瘤细胞的新型治疗方法。与传统治疗相比，CDT具有高效、特异性强、安全性高的特点。
肿瘤微环境具有以下特点使其适合芬顿反应：
2. 铁死亡诱导
芬顿反应通过产生大量活性氧(ROS)引发脂质过氧化(LPO)积累，导致铁依赖性细胞死亡铁死亡。研究表明，与Fe相比，Fe催化芬顿反应及诱导铁死亡的能力显著增强。
增强芬顿反应抗肿瘤效果的策略
1. 提高细胞内Fe含量
由于Fe的不稳定性，细胞内Fe含量通常较低。中南医院团队开发了X射线激活的Fe供应系统"PFCN"，以CaWO4为核心，表面修饰FeO4提供铁离子。X射线辐照下，CaWO4发出紫外光将Fe还原为Fe，继而级联芬顿反应诱导铁死亡。
2. 优化反应条件
深圳大学林静教授团队开发了电荷反转的聚合物递药系统，通过pH响应型聚(乙二醇)-聚(β-氨基酯)(PEG-PAE)胶束装载葡萄糖氧化酶(GOx)、Fe和荧光探针，实现：
3. 非金属芬顿活性中心
复旦大学步文博团队创新性提出"非金属芬顿活性中心"策略，利用Ba掺杂钛酸铋钠(BNBT-X)压电纳米晶体中的氧空位缺陷作为催化位点，规避了传统芬顿反应中金属价态转化的限速步。
联合治疗策略
1. 与纳米药物协同
南方医科大学团队开发了siR/IONsLDH纳米平台，将铁浓缩剂氧化铁纳米颗粒(IONs)和DHODH抑制剂(siR)共载于层状双氢氧化物(LDH)中，通过Fe介导的芬顿反应产生ROS，同时阻断肿瘤氧化还原防御系统，协同诱导癌细胞死亡。
2. 与免疫治疗结合
X射线激活的PFCN系统不仅能通过芬顿反应诱导铁死亡，还能激活免疫原性细胞死亡相关免疫反应，实现放疗增敏、铁死亡治疗和免疫治疗三重效果。
3. 老药新用策略
上海硅酸盐所团队使用酒精中毒治疗药物双硫仑，通过与铜离子螯合产生肿瘤毒性，同时铜离子催化类芬顿反应产生活性氧，达到协同治疗目的。
技术挑战与未来展望
尽管芬顿反应在抗肿瘤领域展现出良好前景，仍面临以下挑战：
1. 反应效率限制：传统芬顿反应动力学过程缓慢，HO2分解产生OH效率有限
2. HO2分布不均：肿瘤细胞内HO2空间分布不均匀，影响治疗效果
3. 金属毒性问题：外源性金属催化剂可能带来毒性问题
未来发展方向包括：
芬顿反应为基础的抗肿瘤策略代表了化学、材料科学与肿瘤医学的交叉融合，为解决临床肿瘤治疗瓶颈问题提供了新的研究范式。随着技术不断进步，这一领域有望为癌症治疗带来更多突破性进展。