氧化还原稳态通过调节能量产生、代谢途径和细胞信号传导等在细胞内发挥重要作用，细胞内活性氧（ROS）水平对于维持氧化还原平衡至关重要。在低浓度下，它们作为信号分子发挥生物学功能，而在高浓度下，它们则会对细胞造成氧化损伤，导致功能障碍和疾病的发生。常见的ROS主要有超氧阴离子（·O₂⁻）、羟基自由基（·OH）、单线态氧（¹O₂）、脂质过氧化、过氧化氢（H₂O₂）等。氧化还原平衡破坏会导致氧化应激、炎症，并促进各种疾病的发生、发展，如癌症、神经退行性疾病和心血管疾病等。

铁蛋白是一种球形铁储存蛋白，它以一种安全无毒的形式将细胞内过量的铁离子储存起来，在铁稳态和保护细胞免受铁介导的氧化损伤中起关键作用。本研究发现人源重链铁蛋白（HFn）具有一种类似过氧化氢酶的新特性，可以通过将H₂O₂分解为H₂O和O₂直接参与氧化还原平衡的调节，装载了铁离子的HFn（HFn-Fe）具有同样的特性。此外，HFn的过氧化氢酶样特性可以降低细胞内整体ROS水平，在细胞水平以及由于氧化还原失衡引起的疾病模型中发挥积极的调节作用。通过给秀丽隐杆线虫帕金森（PD）模型A30P喂食HFn或HFn-Fe可显著改善线虫神经元树突损伤情况。这项工作表明，HFn的类过氧化氢酶新特性可能在维持细胞氧化还原稳态中发挥重要作用，并可作为一种有效的治疗策略，用于治疗氧化还原失调引起的神经退行性疾病。

铁蛋白通过储存过量的亚铁离子来减少细胞内的氧化应激反应，阻止它们因参与芬顿反应而生成过量的ROS，从而减少对细胞内的氧化应激。在这里，我们展示了HFn的新特性，它可以通过在体内发挥过氧化氢酶的作用有效地将H₂O₂分解为H₂O和O₂，在维持细胞氧化还原稳态中发挥重要作用。在HFn纳米笼的空腔内加载铁离子可提高HFn的过氧化氢酶活性。此外，HFn和HFn-Fe可以在很大程度上消除过量H₂O₂对活细胞或秀丽隐杆线虫PD模型造成的氧化损伤。通过给秀丽隐杆线虫PD模型A30P喂食HFn或HFn-Fe，可大量清除体内H₂O₂，显著改善秀丽隐杆线虫PD模型的神经元树突损伤情况。这项工作表明，天然HFn和HFn-Fe所揭示的新型过氧化氢酶样特性可能在维持细胞氧化还原稳态中发挥重要作用，并可作为一种有效的治疗策略，用于治疗氧化还原失调引起的神经退行性疾病。

图1 HFn和HFn-Fe NPs的制备和表征。(a) HFn和HFn-Fe NPs的制备工艺示意图。(b) HFn和HFn-Fe NPs纯化后的SDS-PAGE表征。(c)在280 nm下通过紫外在线检测对HFn和HFn-Fe NPs进行SEC分析。(d) HFn和HFn-Fe的冷冻电镜图。(e) HFn和HFn-Fe NPs的粒径分布。

图2 HFn和HFn-Fe的过氧化氢酶活性表征。(a) HFn和HFn-Fe均表现出类似过氧化氢酶的活性，并催化H₂O₂降解成H₂O和O₂，图片显示了催化产生的氧气。(b) HFn、HFn-Fe、过氧化氢酶（Catalase）、牛血清白蛋白（BSA）和轻链铁蛋白（LFn）分别催化H₂O₂分解反应的反应时间曲线。在240 nm处测定H₂O₂分解速率，测定过氧化氢酶活性。(c) HFn、HFn-Fe、Catalase、BSA和LFn的比活（U/mg）检测。一个活性单位(U)定义为被测蛋白每分钟分解1 μmol H₂O₂的量。比活性（U/mg）定义为每毫克蛋白质的活性单位。(d) HFn和HFn-Fe的催化动力学。(e)分别由马脾铁蛋白、过氧化氢酶和牛血清白蛋白催化H₂O₂分解反应的反应时间曲线。(f)人源HFn（h-HFn）、小鼠HFn（m-HFn）、大肠杆菌铁蛋白（Ec-ferritin）、激烈火球菌铁蛋白（pf-ferritin）和BSA的过氧化氢酶样活性。n = 3次独立测量，数据以(b)、(d)和(f)中的平均标准差（SD）表示。(g) H₂O₂存在下HFn、Catalase、Fe²⁺和Fe³⁺的电子自旋共振光谱图。

图3 HFn和HFn-Fe在体外细胞水平的抗氧化研究。(a)不同浓度H₂O₂存在下人脐静脉内皮细胞（HUVECs）内ROS的变化。用DCFH-DA标记 HUVECs中的总ROS，共聚焦显微镜观察荧光变化。(b)将HUVECs暴露于H₂O₂（500 μM）中，同时用2μM的HFn或HFn-Fe处理6小时，通过共聚焦显微镜观察荧光变化。(c)在500 μM H₂O₂不存在或存在的情况下，用2μM的HFn、HFn-Fe、BSA或Catalase处理HUVECs后的细胞活力和 (d)细胞迁移情况。n = 3， **P < 0.01,***P < 0.001。(e)在存在或不存在500 μM H₂O₂的情况下，用2μM HFn、HFn-Fe、BSA或Catalase处理HUVECs后细胞迁移的代表性图像。(f)不同条件下HUVECs细胞侵袭的代表性图像。

图4 HFn和HFn-Fe在大肠杆菌和秀丽隐杆线虫中表现出抗氧化特性。(a)暴露于不同水平H₂O₂后，roGFP2-Orp1转化的大肠杆菌体内H₂O₂水平的检测。roGFP2-Orp1作为H₂O₂的检测指示。(b) 10 mM H₂O₂处理后，roGFP2-Orp1转化的大肠杆菌与同时转化了HFn和roGFP2-Orp1的大肠杆菌体内H₂O₂水平随时间的变化。(c) 300 μM H₂O₂处理后，随着时间的推移，roGFP2-Orp1转化的线虫与同时转入了 HFn和roGFP2-Orp1的线虫体内H₂O₂水平的定量结果。(d)空白对照组、HFn、HFn-Fe处理的秀丽隐杆线虫帕金森病模型A30P第2天和第5天头部树突的荧光图像和(e)定量。(f)空白对照组、HFn、HFn-Fe处理的秀丽隐杆线虫帕金森病模型的激光共聚焦图像和(g)头部树突定量。每个品系13只动物，数据以平均值±SD表示， *P < 0.05, ***P < 0.001, ****P < 0.0001。

张建林，通讯作者，北京大学第三医院预聘副研究员，2017年博士毕业于中国科学院生物物理研究所。长期从事铁蛋白相关的疾病诊疗工作，已发表SCI论文10余篇，包括Nat Protoc，Acc Chem Res，Sci Adv，Theranostics等。

王香明，通讯作者，首都医科大学基础医学院副教授。长期从事神经发育和退行性疾病机制研究，以第一或通讯作者在Dev. Cell，Nat. Commun，PNAS，Cell reports，PLoS genet，Eur J Med Chem，JCS等发表SCI论文20多篇。获得国家自然科学基金、北京市自然基金，中科院先导项目，首都医科大学优秀青年人才项目A类（首都医学青年创新学者）等资助。担任Innovation (影响因子32.1）杂志青年编委。

梁敏敏，通讯作者，北京理工大学教授。主持国家自然科学基金杰出青年基金、优秀青年基金、面上基金、国家重点研发计划等多项课题，发表研究论文包括Nat Nanotech，Nat Protoc，Nat Catal，ACS Nano，PNAS，JACS等，研究成果入选“中国科学十大进展”。

Zhu F, He J, Kong L, et al. H-ferritin: A new cytoprotective antioxidant strategy via detoxification of hydrogen peroxide to oxygen. Nano Research, 2025, 18(2): 94907189. https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907189.