基于细胞色素P450酶直接电化学的药物代谢机制及其应用基础研究

基于细胞色素P450酶在生物系统中强大的电子传递和对环境物质的代谢功能，将P450酶或肝微粒体用作体外解毒反应的生物催化剂，构建电化学体外解毒P450酶反应器，并由电极代替生物系统的辅酶提供酶代谢反应需要的两个电子，利用电化学、光谱电化学方法，结合电喷雾质谱和色谱技术研究P450酶的电子传递性质及对药物的代谢性能，揭示药物与P450酶等生物分子相互作用的位点和动力学机制及其化学本质，建立基于细胞色素P450酶直接电化学的药物遴选以及基因毒性评价的新原理、新方法和新技术，为新型特效药物的设计与研发提供新思路。本项研究对于人类健康、学科交叉和生命分析化学的发展以及提高我国在分析科学领域中的自主创新能力具有十分重要的意义。

四年来，在基金21175021的资助下，围绕高性能细胞色素P450酶体外解毒反应器构建及药物代谢行为研究的关键科学问题，构建了4种电驱动、2种光驱动和2种用于级联代谢反应研究的P450酶反应器，阐述了反应器内药物代谢反应的动力学及其与生物系统代谢反应的共性；开展了药物与环境化学品及其代谢产物致DNA损伤及其基因毒性研究，构建了6种基于电化学、电致化学发光、荧光共振能量转移的新型DNA损伤检测传感器，实现化学品致DNA损伤的灵敏高效检测；研究了纳米通道内酶活性和催化反应动力学行为，构建了基于分子识别和空间位阻检测的纳米通道传感系统，实现了钾离子和ATP的灵敏检测；开发了用于生物分子富集、靶向、示踪和荧光成像等的纳米生物探针，重组并获得降钙素原、中性粒细胞明胶酶脂质运载蛋白和载脂蛋白B-100三种纳米抗体，建立了基于纳米抗体的生物分子检测新方法。上述成果共发表SCI收录论文48篇，包括Accounts of Chemical Research 1篇、Analytical Chemistry和Chemical Communications各4篇、Biosensors and Bioelectronics 5篇、Analyst 6篇、RSC Advances、Analytica Chimica Acta、Journal of Electroanalytical Chemistry、Spectrochimica Acta Part A各3篇、Talanta 2篇、Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials & Interfaces、Langmuir、Bioelectrochemistry、Electrochemical Communications、Journal of Materials Chemistry B、Analytical and Bioanalytical Chemistry、Electrochimica Acta、Microchimica Acta、Journal of Nanoscience and Nanotechnology、Biomedical Chromatography、Analytical Methods、IEEE Sensors Journal、Current Analytica