纳米酶催化心磷脂过氧化双向调控细胞凋亡的基础研究及应用

The imbalance of apoptosis in cell is closely related to the occurrence and development of many critical diseases such as cancer and neurodegenerative diseases. The controlled regulation of apoptosis is expected to be a "perfect drug" for the treatment of such critical diseases. However, the methods for regulating apoptosis are extremely limited at present, and the regulatory strategies based on the production of reactive oxygen species face the bottleneck due to drug resistance originated from the regulation of intracellular oxidation-reduction cycle in response to the administration of drug. Cardiolipin peroxidation is a key step in the intrinsic pathway that induces apoptosis. This project plans to take advantage of the biocatalytic effect of nanozymes to bidirectionally regulate apoptosis by controlling mitochondrial cardiolipin peroxidation, and to study the biocatalytic mechanism of nanozymes and regulating efficiency and pathway of apoptosis at the cellular and in vivo levels, also to test the therapeutic effects of this strategy on critical diseases such as cancer and neurodegenerative diseases. The implementation of this project will bring new directions for the disease treatment by regulating apoptosis, and is of great significance for promoting both the biological application and catalytic mechanism study of nanozymes.

人体内细胞凋亡的紊乱与癌症、神经退行性疾病等许多重大疾病的发生发展密切相关，细胞凋亡的可控调节有望成为重大疾病治疗的“完美药物”。然而，目前细胞凋亡调控的方法极其有限，基于产生反应活性氧的药物类调控策略面临因机体调控自身氧化还原循环而产生的耐药性瓶颈。心磷脂过氧化是诱发细胞凋亡内在途径的关键步骤。本项目拟利用纳米酶的生物催化效应，调控线粒体心磷脂的过氧化实现对细胞凋亡的双向调控，在细胞水平和活体水平系统研究纳米酶生物催化机理、调控细胞凋亡的效率和路径，并检测这一策略对肿瘤及神经退行性疾病等重大疾病的治疗效果。项目的实施将为通过调控细胞凋亡进行疾病治疗带来新思路，对于推动纳米酶的生物应用及研究纳米酶的催化机理具有重要意义。

细胞凋亡的稳态对于生命的维持至关重要。癌症等许多重大疾病的发生和发展与细胞可控死亡调控的紊乱密切相关。发展细胞凋亡的调控策略对重大疾病的治疗具有重大意义。脂过氧化是诱发细胞凋亡的有效途径。基于纳米酶的生物催化作用调控磷脂过氧化过程，有望实现细胞凋亡的双向调控。本项目围绕纳米酶催化磷脂过氧化对细胞活性的调控及其应用开展了系列研究。发展了温和、快速、简便的合成方法，制备了多种具有催化活性纳米酶材料。构筑了级联反应器并揭示了催化反应机制，为纳米酶级联催化的生物应用打下基础。建立了磷脂过氧化的谱学分析与评价方法，探索了基于纳米酶催化效应对细胞活性的双向调控，并将其应用于肿瘤的成像分析与治疗。我们的研究工作为重大疾病的早期诊断和治疗提供了新策略，对纳米催化治疗的发展具有推动作用。在此项目的资助下，我们已在Angewandte Chemie International Edition、Advanced Functional Materials、Fundamental Research等国际著名期刊发表论文 25 篇，出版学术专著1章节。申请国内发明专利 5 项，获得授权4 项。1人获国家杰出青年科学基金，1人入选中国科学院青年创新促进会；培养博士研究生5名，硕士研究生2名，获中国科学院院长特别奖1人次，中国科学技术大学和安徽省普通高等学校优秀毕业生各1人次，研究生国家奖学金5人次。