酶的光化学调控是一种按需调节酶活性的技术，其主要策略是将“光开关”抑制剂锚定在酶活性位点，利用光照精准调节对其底物的识别。然而，此策略具有一定局限性：为了将“光开关”抑制剂共价锚定到酶活性位点附近，通常应对目标酶进行定点残基突变，随后利用生物正交偶联以达到上述目的。天然酶的突变和共价修饰都会导致酶活性不可逆的损伤。对于处在细胞内环境的内源酶而言，想要对其原位定点突变和化学修饰以调节其活性更是极具挑战性。因此，考虑到技术难度以及具体实用性，未来的研究重点应围绕无需共价锚定的“光开关”抑制剂展开。

近日，南开大学化学学院高分子化学研究所刘阳教授和美国康奈尔大学生物医学工程系赵宇博士将分子印迹技术巧妙融入光开关抑制剂的设计中，合作研发了一种细胞内精准导向目标酶并双向调节其活性的纳米抑制剂。该策略将“光开关”抑制剂分子通过分子印迹颗粒的非共价相互作用锚定在酶活性位点附近，成功实现了光干预的酶活性双向调控。

首先，研究人员制备了含有偶氮基团的抑制剂单体，并通过固相印迹技术以碳酸酐酶（carbonic anhydrase，CA）为模板酶制备了含有“光开关”抑制剂的纳米抑制剂。为测试其靶向识别目标酶的能力，将纳米抑制剂与CA和牛血清蛋白（BSA）的混合溶液共孵育。结果表明，纳米抑制剂可以排除BSA的干扰，在抑制剂分子和分子印迹纳米颗粒的联合引导下高效选择性结合CA。

由于“光开关”抑制剂通过非共价作用被牢固地锚定在了活性位点周围，在紫外-可见光照射下，与抑制剂相连的偶氮单元通过构型变化对抑制剂产生推拉作用，进而使其与酶活性位点分离或结合，最终实现了双向调控酶活性的目的。该策略无需对酶分子进行残基突变和化学修饰，因此在经历三个循环的酶活性抑制和激活后，与天然CA酶相比，其活性仍旧保持在75%以上。

CA的生物学作用是维持细胞内酸碱平衡。将纳米抑制剂与HeLa细胞孵育后，其能够有效进入细胞，并结合胞内内源性CA，实现光干预的细胞内酸碱度的微调控。

此外，研究人员还使用乙酰胆碱酯酶（Acetylcholinesterase，AChE）为目标酶模板制备了另一个纳米抑制剂，也观察到了光依赖的酶活性开关现象。此实验验证了所报道的纳米抑制剂策略的普适性。

总的来说，在此工作中刘阳教授和赵宇博士成功展示了纳米尺度的分子设计，利用所构建的纳米抑制剂实现了对细胞内内源酶活性的精准调控。