针对上述问题，安徽医科大学王咸文教授团队与北京化工大学刘惠玉教授和安徽工业大学闫岩教授合作，报道了一种通过溶液浸渍法合成的铜单原子负载二硫化钼纳米酶(Cu SAs/MoS₂)。该研究提出了一种基于类铜死亡的抗耐药菌策略：首先，利用原子级分散的Cu位点显著增强过氧化物酶(POD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性，引发细菌胞内“ROS风暴”并耗竭抗氧化剂GSH；其次，ROS诱导的膜通透性增加促进了Cu²⁺的大量内流，触发细菌类铜死亡，导致代谢核心蛋白寡聚化失活；最关键的是，该纳米酶能特异性下调细胞壁合成前体的生物合成，直接阻断了耐药菌的细胞壁重塑补偿通路。这种多机制协同作用不仅高效杀灭了MRSA，且在连续21代的传代实验中未诱发细菌耐药性，并在烧伤感染模型中展现出卓越的促愈合能力。该文章于2026年1月11日以《Copper Single-Atoms Loaded on Molybdenum Disulphide Drive Bacterial CuproptosisLike Death and Interrupt DrugResistance Compensation Pathways》为题发表于《Nano-Micro Letters》（DOI: 10.1007/s40820-025-01955-2）。

方案1.Cu SAs/MoS₂用于感染伤口治疗。(a) Cu SAs/MoS₂的合成过程及伤口感染过程示意图。(b) Cu SAs/MoS₂抑制细菌耐药性发展、造成氧化损伤以及引发类铜死亡死亡的机制示意图。(c) Cu SAs/MoS₂的体内抗菌活性及促进伤口愈合作用示意图。

（1）Cu SAs/MoS₂的合成与表征

在本合成策略中，首先通过水热法制备MoS₂纳米花，随后将Cu单原子均匀负载其上，得到Cu SAs/MoS₂纳米酶（图1a）。SEM和TEM显示，MoS₂与Cu SAs/MoS₂均保持均匀的花状结构且无团聚（图1b-e）；HRTEM可见晶格间距0.62 nm，对应MoS₂的晶面（图1f），EDX映射证实Cu在纳米花上均匀分布（图1g）。XRD图谱中Cu SAs/MoS₂的特征峰与MoS₂标准卡片一致，未出现金属Cu的衍射峰，表明Cu以单原子形式分散（图1h）。XPS分析进一步确认了Mo(IV)、S(II)与Cu(0)的化学状态（图1i-l）。同步辐射XAFS结果显示，Cu的价态介于0与+2之间（图1m），FT-EXAFS仅呈现Cu-S配位峰而无Cu-Cu或Cu-O峰（图1n），拟合结果证实Cu-S配位数为3，形成Cu-S3单原子结构（图1o）。上述结果表明，该策略成功制备了MoS₂负载的Cu单原子纳米酶。

图1.Cu SAs/MoS₂的表征。(a) 合成原理图。(b) MoS₂和(c) Cu SAs/MoS₂ 的SEM图。(d, e) TEM图。(f) Cu SAs/MoS₂ 的HRTEM图。(g) HAADF-STEM图及元素分布图。(h) XRD图谱。(i) Cu SAs/MoS₂ 的XPS全谱。(j) S 2p、(k) Mo 3d 和 (l) Cu 2p 的高分辨XPS谱。(m) Cu K-edge XANES谱和 (n) FT-EXAFS谱。(o) FT-EXAFS拟合曲线。

（2）Cu SAs/MoS₂的双重类酶活性及DFT计算

Cu SAs/MoS₂表现出类过氧化物酶（POD）活性，可催化TMB和OPD与H₂O₂反应分别生成蓝色和黄色产物，特征吸收峰位于650 nm和492 nm（图2a-e）。催化活性随H₂O₂或催化剂浓度升高而增强。与MoS₂相比，Cu SAs/MoS₂的Vmax为3.49 × 10^-5 M^-1 s-¹（MoS₂：2.83 × 10-⁵ M^-1 s^-1），Km为1.96 mM（MoS₂：72.56 mM）（图2f）。ESR检测到Cu SAs/MoS^-5可高效生成·OH（图2g）。DFT计算显示，Cu SAs/MoS₂对H₂O₂的吸附能为−0.67 eV（MoS^-5：−0.45 eV），速率决定步骤能垒为0.54 eV（MoS₂：0.65 eV）（图2l-n）。

图2.Cu SAs/MoS₂的类酶活性及DFT计算。(a) Cu SAs/MoS₂的类POD活性原理图。不同H₂O₂浓度下Cu SAs/MoS₂的类POD活性，(b) OPD为底物，(c) TMB为底物。不同Cu SAs/MoS₂浓度下的类POD活性，(d) OPD为底物，(e) TMB为底物。(f) MoS₂和Cu SAs/MoS₂的米氏动力学曲线。(g) 动力学参数比较。[E] 代表纳米酶的摩尔浓度。Kₘ为米氏常数。Vₘₐₓ 为最大反应速率。K_cat 为催化常数。K_cat/Kₘ的值代表催化效率。(h) ·OH的ESR谱。(i) Cu SAs/MoS₂的类GSH-Px活性原理图。(j) 不同组别的GSH消耗能力。(k) 50 μg mL⁻¹ 的Cu SAs/MoS₂对GSH的时间依赖性消耗。(l) MoS₂ 和Cu SAs/MoS₂ 的原子结构。(m) MoS₂ 和Cu SAs/MoS₂催化H₂O₂分解的自由能图。(n) Cu SAs/MoS₂的示意性能量剖面图。

（3）Cu SAs/MoS₂的体外抗菌活性

Cu SAs/MoS₂（150 μg mL⁻¹）与H₂O₂（0.1 mM）联用对MRSA和E. coli的抗菌效果显著优于MoS₂+H₂O₂组及单独H₂O₂组。平板计数显示Cu SAs/MoS₂+H₂O₂组MRSA和E. coli相对存活率分别降至2.42%和5.35%，实现细菌生长完全停止（图3a-d）。DCFH-DA检测证实该组细菌胞内ROS水平显著升高，与增强的POD样活性相符（图3e, f）；Syto9/PI活死染色显示死菌比例显著增加（图3g, h）。SEM观察到细菌表面出现收缩、皱褶和裂纹（图3i）；生化指标进一步证实Cu SAs/MoS₂处理导致细胞壁完整性丧失、蛋白质泄漏（图3j），细胞膜通透性增加（图3k），MDA含量升高表明ROS诱导膜脂氧化损伤（图3l）。上述结果表明Cu SAs掺杂赋予MoS₂增强的POD样和GSH-Px样活性，展现出优异的体外杀菌效率，为开发高效抗菌纳米酶材料提供了实验依据。

图3.Cu SAs/MoS₂的体外抗菌性能。(a) MRSA和(b) E. coli的生长曲线。Cu SAs/MoS₂对(c) MRSA和(d) E. coli的抗菌活性平板照片及菌落计数。经不同处理后，(e) MRSA和(f) E. coli内ROS的CLSM荧光图像。(g) 细菌活/死染色CLSM图像及(h) 活/死细胞比例分析。(i) 细菌的SEM图像。(j) 细菌蛋白泄漏量。(k) 细菌细胞膜通透性。(l) MDA水平。注：1: 对照组；2: H₂O₂组；3: MoS₂ + H₂O₂组；4: Cu SAs/MoS₂ + H₂O₂组。

（4）Cu SAs/MoS₂体外抗菌作用机制

Cu SAs/MoS₂处理MRSA后，转录组学鉴定出502个差异表达基因（224个上调，278个下调），代谢组学鉴定出383个差异代谢物（181个上调，202个下调）（图4a）。KEGG通路富集分析显示差异基因和代谢物主要涉及能量代谢、氨基酸生物合成与代谢、碳固定与代谢、脂质和辅因子代谢等通路（图4b-d）。糖酵解/糖异生通路中PFKA、PGK、GGT、PCK和DEOB基因显著上调，磷酸戊糖途径中hxlA、adhP和gpml基因上调，D-木酮糖-5-磷酸和尿苷二磷酸葡萄糖产量增加（图4e）；而IDH1、PDHB和GAPDH基因表达下调，NADP水平降低，表明谷胱甘肽代谢系统受损（图4e）。TCA循环显著富集，与铜凋亡样死亡相关（图4f）。ELISA分析显示Cu SAs/MoS₂+VC组DLAT、DLST和LIAS蛋白表达水平显著降低，单独Cu SAs/MoS₂组三种标志物表达更低，而Cu SAs/MoS₂+TTM组与对照组无显著差异（图4g）。尽管上述蛋白水平下降，其对应基因表达却上调。Cu SAs/MoS₂组对电子呼吸链复合物I、II和V的酶活性抑制效果优于Cu SAs/MoS₂+TTM组和Cu SAs/MoS₂+VC组（图4h, i）。

图4 .Cu SAs/MoS₂诱导耐药细菌发生氧化损伤及类铜死亡。(a)原核转录组学和代谢组学的火山图。(b) 转录组学和(c) 代谢组学的KEGG富集分析。(d) 氧化损伤相关基因和代谢物表达热图。(e) Cu SAs/MoS₂引起氧化损伤的示意图。(f) 类铜死亡相关基因和代谢物表达热图。(g) 类铜死亡关键指标的表达情况。(h) 电子呼吸链复合物I、II和V的活性。(i) 类铜死亡示意图。注：1：对照组；2：H₂O₂ 处理组；3：MoS₂ + H₂O₂ + TTM组；4：Cu SAs/MoS₂ + H₂O₂ + VC组；5：Cu SAs/MoS₂ + H₂O₂组。

（5）Cu SAs/MoS₂对细菌耐药性发展的调控

MRSA耐药性源于PBP结构改变、β-内酰胺酶产生及能量代谢、细胞壁合成等补偿性突变。转录组学和代谢组学分析显示，Cu SAs/MoS₂处理后三羧酸循环、氧化磷酸化等能量代谢途径，以及缬氨酸/亮氨酸/异亮氨酸生物合成、脂肪酸降解等细胞壁合成相关途径显著富集（图5a）。GSEA分析表明上述途径均下调（图5b）：m-DAP编码基因下调导致D-谷氨酸和m-DAP水平降低，肽聚糖合成受损；脂肪酸降解抑制减少细胞壁脂质供应；支链氨基酸生物合成下调限制细胞壁蛋白合成。连续给药21代后，万古霉素和甲氧西林MIC分别增加8倍和5倍并出现耐药菌株，而MoS₂和Cu SAs/MoS₂的MIC保持稳定（图5c）。经四种药物处理20代的耐药菌再用Cu SAs/MoS₂处理后，DiSC3(5)检测显示四组细胞膜去极化程度均显著增加且无组间差异（图5d, e），ONPG试验显示四组膜通透性均显著升高（图5f, g），表明Cu SAs/MoS₂对耐药菌仍保持高效杀菌活性。

图5.Cu SAs/MoS₂延缓细菌耐药性发展的机制研究。(a)细胞壁合成与能量代谢相关通路的桑基图。(b) GSEA中的KEGG富集情况。(c) MRSA对MoS₂、Cu SAs/MoS₂、万古霉素和甲氧西林的耐药性演变过程。(d) DiSC₃(5)检测材料对MRSA外膜通透性的影响。(e) DiSC₃(5)荧光图像的定量分析。(f) ONPG检测材料对MRSA外膜通透性的影响。(g) Cu SAs/MoS₂降低细菌耐药性发展作用的示意图。

（6）体外抗生物膜活性

Cu SAs/MoS₂对生物膜形成具有抑制作用，对已形成的生物膜具有破坏能力（图6a）。结晶紫染色显示对照组生物膜结构完整，MoS₂和Cu SAs/MoS₂处理均显著促进生物膜破坏和抑制，且抑制过程中生物膜形态较破坏组更清晰（图6b）。PI染色3D荧光图像显示两组生物膜均呈微弱绿色荧光和离散形态（图6c），15 μm厚生物膜深层荧光强度显著降低（图6d, e）。DCFH-DA探针检测显示两组处理的生物膜产生大量ROS（图6f）。WGA和SYPRO染色显示两组EPS中多糖和蛋白质明显降解释放，Cu SAs/MoS₂组EPS释放量更高（图6g, h），且生物膜上清液pH值恢复至中性（图6k）。转录组测序显示RNA降解、群体感应、肽聚糖生物合成、脂肪酸降解及缬氨酸/亮氨酸/异亮氨酸降解等通路显著富集（图6i），群体感应相关基因trpE、secA、SRP54和ftsY显著下调（图6j）。上述结果表明Cu SAs/MoS₂通过产生ROS和抑制关键代谢途径，导致生物膜形成受阻、结构不稳定和代谢活性改变（图6l）。

图6.Cu SAs/MoS₂的体外抗生物被膜性能。(a) Cu SAs/MoS₂ 破坏及抑制MRSA 形成生物被膜过程的示意图。(b) 不同处理后，结晶紫染色的生物被膜照片。1: 对照组；2: H₂O₂组；3: MoS₂ + H₂O₂组；4: Cu SAs/MoS₂ + H₂O₂组。(c) 生物被膜的三维荧光图像。不同深度下(d)抑制和(e)破坏实验的荧光强度。(f) ROS表达的荧光图像。(g) 生物被膜中蛋白质和(h)多糖的荧光图像及共定量分析。(i) 生物被膜合成相关基因的表达热图。(j) PPI网络图。(k) 处理后生物被膜的pH值。(l) 破坏后生物被膜示意图。

（7）体内抗菌活性和伤口愈合机制

MRSA感染烧伤创面模型中，Cu SAs/MoS2组第12天相对创面面积为3.68%（对照组25.47%、H₂O₂组20.44%、MoS₂组10.07%）（图7a-c）；第6天残余细菌减少95%以上（图7d）；H&E染色显示表皮和真皮分层清晰，Masson染色显示胶原纤维均匀蓝色、排列规则（图7e, f）。皮肤组织转录组测序显示661个上调基因和673个下调基因（图7g）；GO富集分析显示炎症反应、免疫系统和信号转导等功能显著富集（图7h）；KEGG分析显示IL-17和TNF信号通路下调，Wnt和雌激素信号通路上调（图7i, j）。

图7.Cu SAs/MoS₂在体内表现出抗菌功效并改善伤口愈合效果。(a) 烧伤MRSA感染伤口模型构建及治疗示意图。(b)伤口照片及(c) 第12天的相对伤口愈合率。(d) 第6天皮肤组织细菌残留平板照片及相对存活率。(e) 伤口组织的H&E和Masson染色图像。(f) Masson染色胶原纤维半定量结果。(g) 差异基因火山图。(h) GO富集分析。(i) 热图及KEGG通路富集分析。(j) GSEA中的KEGG富集情况。

真核转录组测序分析揭示了Cu SAs/MoS₂处理促进伤口愈合过程中炎症消退和组织修复。第12天小鼠皮肤组织荧光染色显示，Cu SAs/MoS₂处理有效减轻炎症反应（iNOS和IL-6水平降低），同时增强抗炎和组织修复过程（CD206和IL-10水平升高），表明巨噬细胞由促炎M1型向抗炎M2型转变（图8a, b）。此外，CD31和VEGF表达升高反映血管生成活性增强（图8a-c）；α-SMA表达升高表明肌成纤维细胞活性增强，标志组织修复成熟和结构稳定；波形蛋白和胶原蛋白表达增加反映间充质细胞活性增强和细胞外基质合成增加，促进组织重塑并增强结构支撑（图8d, e）。上述结果与Masson图像显示的胶原纤维表达趋势相吻合，证实Cu SAs/MoS₂通过调节炎症反应、血管生成、细胞外基质合成和组织重塑相关代谢通路，有效促进皮肤组织修复和结构稳定性。

图8.Cu SAs/MoS₂ 促进伤口愈合的研究。(a)机制研究。(a) 伤口愈合相关指标的荧光图像及(b, c) 定量分析。(d) Cu SAs/MoS₂调控通路的PPI网络图及(e) 伤口愈合示意图。1：对照组；2：H₂O₂组；3：MoS₂ + H₂O₂组；4：Cu SAs/MoS₂ + H₂O₂ 组。