以毒攻毒

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，低碳減排等詞語，也知道CO2 是我們日常呼吸代謝的產物，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、煤氣發生爐及所有含碳物質（包括家庭用煤爐）的不完全燃燒都會產生CO。

我們常常聽說的煤氣中毒，就和CO有關。煤氣中毒就是在通風不良的情況下，家庭用煤爐（比如液化罐和燃氣灶）不完全燃燒，產生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，熱水器設計不達標或安裝不當，在車停駛時長時間開空調不通風，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，嚴重時甚至會危及生命。

為什么CO的吸入會這么危險？這是因為CO會影響O2（氧氣）在人體內的供應。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通過肺泡進入血液循環，主要與血液中的血紅蛋白結合，形成氧合血紅蛋白，然后再隨著血液運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的戰斗能力遠遠大于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，從而導致人體供氧不足。急性CO中毒會使人出現劇烈的頭痛、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首，但CO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、煤氣發生爐的不完全燃燒。但并不是所有的CO都來自環境。正常生理狀態下，人體內的各個器官中也存在著少量的CO，稱為內源性CO。內源性CO大部分是由一種被稱為血紅素氧合酶的物質催化分解人體內的血紅素而產生，內源性CO廣泛參與體內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激等。基于此，科學家進一步研究發現CO能夠在不影響正常細胞的情況下殺死癌細胞[2]，這一發現賦予了CO在抗癌領域的重要意義。

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穿過腫瘤細胞的細胞膜，直接到達腫瘤組織。進入腫瘤細胞內的CO作為信號分子，激活一些與其相關的信號通路，從而使癌細胞凋亡。CO抗癌的間接途徑是通過改變腫瘤組織周圍的微環境，比如，調節腫瘤組織周圍免疫細胞的分布與表型，從而增強免疫細胞對于癌細胞的殺傷力;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胞，也可以和其他癌癥治療方法相聯合，比如化療，加強對腫瘤的殺傷力，提高患者的生存率。除了應用于癌癥治療，CO也可應用于多種疾病的治療，比如炎癥消化道疾病、動脈粥樣硬化、中風等。

CO控釋納米材料：讓CO治療癌癥更安全有效

CO的生物學效應存在濃度依賴性，即CO在組織中需要達到一定濃度才會產生效果，例如，只有CO達到一定濃度才能誘發癌細胞凋亡，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入人體。因此，如何在生物體內安全、精準地定量釋放CO，成為應用CO治療癌癥的關鍵問題。為了解決這個問題，運用外源性CO供體或運輸體系在特定的位置和時間釋放定量的CO分子應運而生，其中，可控釋放CO的納米材料成為了研究熱點[3]。

在CO控釋納米材料出現之前，CO供體分子的研究已經相對成熟，并且有部分供體已經投入使用。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與這些金屬結合成為CO供體分子進入生物體內，到達作用部位后，在一定刺激下再釋放出CO發揮作用，這樣可以避免與O2發生沖突，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合能夠很好地突破這些局限性，使CO在時間與空間上實現精準釋放。

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、上轉換納米材料、有機金屬框架納米材料、中空籠形蛋白、高分子聚合物等。根據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效應，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，從而實現靶向的藥物運輸，因此，在應用CO對癌癥進行治療中，采用CO控釋納米材料進行遞送CO具有很好的運用前景。例如，有基于多孔氧化硅納米顆粒構建過氧化氫響應的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，過氧化氫的濃度越高，CO釋放的速率越快，而恰好腫瘤細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胞中快速釋放CO，殺傷腫瘤細胞。

癌癥的治療一直是世界性的難題，傳統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量與生存率迫在眉睫。CO抗癌功效的發現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合讓CO在治療癌癥的道路上又前進了一大步。相信在不久的將來，隨著研究的進一步深入，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，讓癌細胞無處可逃。

參考文獻

[1] 肖鵬高， 嚴玉霖， 周銘濤， 周輝， 劉雷. 內源性一氧化碳研究進展[J]. 動物醫學進展， 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， 谷戰軍. 可控釋放一氧化碳的納米材料及其生物醫學應用[J]. 化學學報， 2019，77（5）：406-417.