王煦

煤氣中毒：CO是元兇

提起CO2（二氧化碳），大家可能會想起溫室效應(yīng)，低碳減排等詞語，也知道CO2 是我們?nèi)粘：粑x的產(chǎn)物，但提起CO，大家的了解可能就不如CO2那么深入了。CO是一種無色、無臭、無刺激性的氣體，汽車尾氣、煤氣發(fā)生爐及所有含碳物質(zhì)（包括家庭用煤爐）的不完全燃燒都會產(chǎn)生CO。

我們常常聽說的煤氣中毒，就和CO有關(guān)。煤氣中毒就是在通風(fēng)不良的情況下，家庭用煤爐（比如液化罐和燃?xì)庠睿┎煌耆紵?，產(chǎn)生CO，CO被人吸入，造成組織窒息，因此，煤氣中毒也可稱為CO中毒。此外，熱水器設(shè)計不達(dá)標(biāo)或安裝不當(dāng)，在車停駛時長時間開空調(diào)不通風(fēng)，也都可能有CO中毒的危險。煤氣中毒是一件很危險的事情，如果搶救不及時就可能會對人體的各個器官造成不可逆的傷害，嚴(yán)重時甚至?xí)＜吧?/p>

為什么CO的吸入會這么危險？這是因為CO會影響O2（氧氣）在人體內(nèi)的供應(yīng)。O2是維持人類生命不可或缺的東西，我們呼吸就是吸入O2排出CO2。我們吸入的O2通過肺泡進(jìn)入血液循環(huán)，主要與血液中的血紅蛋白結(jié)合，形成氧合血紅蛋白，然后再隨著血液運(yùn)送到人體的各個器官里。而CO和O2一樣，也可以和血紅蛋白結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白。但危險的是CO與血紅蛋白的親合力比O2與血紅蛋白的親合力大300倍，而碳氧血紅蛋白的離解比氧合血紅蛋白慢3600倍，形象來講，就是O2和CO打架爭奪血紅蛋白，但是CO的戰(zhàn)斗能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于O2。此外，碳氧血紅蛋白本身沒有攜帶O2的功能，還會影響氧合血紅蛋白的離解，阻礙O2的釋放和傳遞，從而導(dǎo)致人體供氧不足。急性CO中毒會使人出現(xiàn)劇烈的頭痛、頭昏、四肢無力、惡心、嘔吐、意識障礙等。

CO殺死癌細(xì)胞：新興的治療策略

雖然CO會與O2爭奪血紅蛋白，是煤氣中毒的罪魁禍?zhǔn)祝獵O對于人體并不只有壞處，有研究表明，CO是一種有效的氣體治療分子，有著顯著的抗癌功效，對乳腺癌、肺癌、胰腺癌和前列腺癌等都有抑制效果。

前面提到，CO在日常生活中主要來源于汽車尾氣、煤氣發(fā)生爐的不完全燃燒。但并不是所有的CO都來自環(huán)境。正常生理狀態(tài)下，人體內(nèi)的各個器官中也存在著少量的CO，稱為內(nèi)源性CO。內(nèi)源性CO大部分是由一種被稱為血紅素氧合酶的物質(zhì)催化分解人體內(nèi)的血紅素而產(chǎn)生，內(nèi)源性CO廣泛參與體內(nèi)的生理過程和病理生理過程[1]，比如，抗炎、抗凋亡以及抗氧化應(yīng)激等。基于此，科學(xué)家進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)CO能夠在不影響正常細(xì)胞的情況下殺死癌細(xì)胞[2]，這一發(fā)現(xiàn)賦予了CO在抗癌領(lǐng)域的重要意義。

CO抗癌的途徑主要分為兩方面：直接抗癌和間接抗癌。CO抗癌的直接途徑主要是CO穿過腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜，直接到達(dá)腫瘤組織。進(jìn)入腫瘤細(xì)胞內(nèi)的CO作為信號分子，激活一些與其相關(guān)的信號通路，從而使癌細(xì)胞凋亡。CO抗癌的間接途徑是通過改變腫瘤組織周圍的微環(huán)境，比如，調(diào)節(jié)腫瘤組織周圍免疫細(xì)胞的分布與表型，從而增強(qiáng)免疫細(xì)胞對于癌細(xì)胞的殺傷力;再比如改變腫瘤組織周圍血管的通透性，從而使抗腫瘤藥物更容易通過。因此，CO氣體分子不僅可以直接殺死癌細(xì)胞，也可以和其他癌癥治療方法相聯(lián)合，比如化療，加強(qiáng)對腫瘤的殺傷力，提高患者的生存率。除了應(yīng)用于癌癥治療，CO也可應(yīng)用于多種疾病的治療，比如炎癥消化道疾病、動脈粥樣硬化、中風(fēng)等。

CO控釋納米材料：讓CO治療癌癥更安全有效

CO的生物學(xué)效應(yīng)存在濃度依賴性，即CO在組織中需要達(dá)到一定濃度才會產(chǎn)生效果，例如，只有CO達(dá)到一定濃度才能誘發(fā)癌細(xì)胞凋亡，為了避免CO和O2爭奪血紅蛋白，造成缺氧，所以CO不能直接通過吸入進(jìn)入人體。因此，如何在生物體內(nèi)安全、精準(zhǔn)地定量釋放CO，成為應(yīng)用CO治療癌癥的關(guān)鍵問題。為了解決這個問題，運(yùn)用外源性CO供體或運(yùn)輸體系在特定的位置和時間釋放定量的CO分子應(yīng)運(yùn)而生，其中，可控釋放CO的納米材料成為了研究熱點[3]。

在CO控釋納米材料出現(xiàn)之前，CO供體分子的研究已經(jīng)相對成熟，并且有部分供體已經(jīng)投入使用。CO供體分子通常包括一個過渡金屬中心，如鐵、錳、鎳等重金屬。CO與這些金屬結(jié)合成為CO供體分子進(jìn)入生物體內(nèi)，到達(dá)作用部位后，在一定刺激下再釋放出CO發(fā)揮作用，這樣可以避免與O2發(fā)生沖突，從而避免CO中毒。但是，這樣的CO供體分子在使用過程中存在穩(wěn)定性差、缺乏靶向性、藥物作用時間短、劑量難以控制等問題。相比于直接使用供體分子，將CO供體與功能性納米材料相結(jié)合能夠很好地突破這些局限性，使CO在時間與空間上實現(xiàn)精準(zhǔn)釋放。

用于疾病治療的功能性納米材料有很多種類，主要包括二氧化硅納米球、二維納米材料、上轉(zhuǎn)換納米材料、有機(jī)金屬框架納米材料、中空籠形蛋白、高分子聚合物等。根據(jù)每種材料的特性以及使用目的的不同，可選取不同的材料與CO供體分子進(jìn)行組合。由于納米顆粒在腫瘤部位存在明顯的滲透滯留增強(qiáng)效應(yīng)，即大小合適的納米顆粒載體可以選擇性地富集到腫瘤組織附近，從而實現(xiàn)靶向的藥物運(yùn)輸，因此，在應(yīng)用CO對癌癥進(jìn)行治療中，采用CO控釋納米材料進(jìn)行遞送CO具有很好的運(yùn)用前景。例如，有基于多孔氧化硅納米顆粒構(gòu)建過氧化氫響應(yīng)的CO釋放納米材料。在這種納米材料中，CO釋放速率與過氧化氫的濃度相關(guān)，過氧化氫的濃度越高，CO釋放的速率越快，而恰好腫瘤細(xì)胞中的過氧化氫水平較高，因此，這種CO釋放納米材料能夠在腫瘤細(xì)胞中快速釋放CO，殺傷腫瘤細(xì)胞。

癌癥的治療一直是世界性的難題，傳統(tǒng)的放療化療方法具有明顯的毒副作用，因此，尋求新的治療方法來提升癌癥患者的生存質(zhì)量與生存率迫在眉睫。CO抗癌功效的發(fā)現(xiàn)無疑為癌癥患者帶來了希望，而CO供體分子與功能性納米材料的結(jié)合讓CO在治療癌癥的道路上又前進(jìn)了一大步。相信在不久的將來，隨著研究的進(jìn)一步深入，將會有越來越多的新型功能性納米材料問世，新型材料加上CO的抗癌功效，讓癌細(xì)胞無處可逃。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖鵬高， 嚴(yán)玉霖， 周銘濤， 周輝， 劉雷. 內(nèi)源性一氧化碳研究進(jìn)展[J]. 動物醫(yī)學(xué)進(jìn)展， 2009， 30（5）： 94-98.

[2] WU D， DUAN X， GUAN Q， LIU J， YANG X， ZHANG F， et al. Mesoporous Polydopamine Carrying Manganese Carbonyl Responds to Tumor Microenvironment for Multimodal Imaging-Guided Cancer Therapy[J]. Advanced Functional Materials， 2019，29（16）：1900095.1-1900095.11.

[3] 張曉蕾， 田甘， 張瀟， 王清， 谷戰(zhàn)軍. 可控釋放一氧化碳的納米材料及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用[J]. 化學(xué)學(xué)報， 2019，77（5）：406-417.