铁卟啉-富勒烯衍生物与脱辅基血红素蛋白的结构重组及其细胞毒性研究

Porphyrin-fullerene derivatives (P-C60) have became new-generation photosensitizers for photodynamic therapy (PDT) due to the special structures and biological activities of C60 and porphyrin (P). However, the poor solubility of P-C60 derivatives in water greatly suppress their biological activities. The project was designed to realize the compatible solubilization of iron porphyrin-fullerene derivatives (FeP-C60) with the aid of apo-heme proteins and to investigate their cytotoxicity in vitro. The compatible complexes of FeP-C60/apo-heme protein with dual biological activities of proteins and C60 can be obtained by the recombination of apo-heme proteins and FeP-C60 derivatives. The effects of fullerene derivative configurations on the recombination of FeP-C60 and apo-heme proteins will be investigated to provide the optimal recombination method. The electrochemical properties and electrocatalytic activities will be characterized to establish the characterization techniques for the biological activities of FeP-C60/apo-heme protein complexes. Investigations in the cytotoxicity of FeP-C60/apo-heme protein complexes in vitro will be performed under visible light with the purpose to realize the targeted tumor therapy of the FeP-C60 derivatives in PDT. This research will make the porphyrin-fullerene derivatives have significant theoretical consequences and practical applications in protein engineering, new drug exploiture, and clinical medicine.

卟啉-富勒烯（P-C60）衍生物兼具C60和卟啉（P）的特殊结构和生物活性，成为光动力学疗法（PDT）中的新兴光敏剂，但难溶于水的物理性质限制了其活性的应用。本项目拟借助脱辅基血红素蛋白实现铁卟啉-富勒烯衍生物（FeP-C60）的兼容性助溶，并应用于细胞毒性研究。利用载体脱辅基血红素蛋白与FeP-C60结构重组，形成具有蛋白和C60双重活性的FeP-C60/血红素蛋白兼容性复合物，研究FeP-C60衍生物的构型对其与脱辅基血红素蛋白重组的影响，建立最优重组方法；研究FeP-C60/血红素蛋白的电化学性质和电催化活性，建立复合物生物活性表征技术；研究FeP-C60/血红素蛋白复合物在可见光照下的体外细胞毒性，以期实现不溶性FeP-C60衍生物在PDT中的肿瘤靶向治疗。本课题的研究将使得P-C60衍生物在蛋白质工程技术、新药开发和医学应用等方面具有重要的理论意义和实用价值。

卟啉-富勒烯（P-C60）衍生物兼具C60和卟啉（P）的特殊结构和活性，成为PDT中最具潜力的新兴光敏剂。C60具有独一无二的生物活性（细胞毒性、抗氧化能力、HIV抑制作用和电荷转移等），1O2量子产率（FD）高达0.96。C60作为优良的电子受体常与电子给体卟啉键合，用于构建优良的光合反应中心模型。由于两基团的协同作用和构型可控，可以延长三线态寿命，增强1O2量子产率使其更具细胞杀伤力。因此，研究P-C60衍生物的性质及细胞毒性，对于其应用于光动力学疗法（PDT）中具有重要的理论意义和使用价值。. 本项目研究了卟啉和富勒烯衍生物（锌卟啉-富勒烯，ZnP-C60）的电化学活性、血红素蛋白的构象调控与中间态的生物活性、蛋白质与小分子的相互作用、血红素蛋白与金属纳米粒子的生物化学性质、脱辅基血红素蛋白与卟啉-富勒烯的结构重组、ZnP-C60和几种碳材料的细胞毒性。基于以上研究，构建了一系列的非酶电化学传感器，生物电化学传感器用于过氧化氢、亚硝酸盐、维生素C等小分子的灵敏检测；建立了蛋白质中间构象的调控方法及中间态活性的应用技术；建立了蛋白质与ZnP-C60结构重组的研究方法和表征技术；同时确立了ZnP-C60、C60、氧化石墨烯、碳纳米管、黑碳等碳物质细胞毒性的评价方法。本课题的研究将使得卟啉-富勒烯衍生物在蛋白质工程技术、新药开发和医学应用等方面具有重要的理论意义和实用价值。