在生物學(xué)里，核酸分子承擔(dān)遺傳信息載體的功能。另外，由于核酸分子信息量大、易化學(xué)合成、易信號(hào)標(biāo)記、可編碼屬性、良好的識(shí)別能力以及明確的結(jié)構(gòu)參數(shù)，它在探針構(gòu)建、材料制備、醫(yī)學(xué)診療等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，具有高的科學(xué)研究價(jià)值和應(yīng)用潛力，吸引了廣泛的研究興趣。其中，核酸分子包含豐富的功能位點(diǎn)（-P，-OH, -N, -O等）、納米幾何結(jié)構(gòu)及獨(dú)特的構(gòu)型，為它與其它物質(zhì)的相互作用提供了有效作用位點(diǎn)。尤其核酸-金屬相互作用種類豐富、機(jī)理各異，在作用機(jī)理闡釋和探針應(yīng)用方面還存在諸多調(diào)整。近年來，長沙理工大學(xué)化學(xué)與食品工程學(xué)院卿志和博士課題組圍繞“核酸-金屬化學(xué)及探針構(gòu)建”這一主題，針對(duì)其中的具體科學(xué)問題開展了較為系統(tǒng)的研究，并取得了階段性新進(jìn)展，近期在國際化學(xué)頂刊《德國應(yīng)用化學(xué)》連續(xù)發(fā)表兩篇論文。
首先，基于DNA探針在鉑納米顆粒表面的高穩(wěn)定性修飾和高保真信號(hào)釋放的前期研究基礎(chǔ)（Zhihe Qing, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 14044-14048; Zhihe Qing, et al. CCS Chem. 2020, 2, 1217–1230），卿志和博士課題組發(fā)展了一種細(xì)菌感染激活的納米酶，在生理?xiàng)l件下同時(shí)打破局部pH和過氧化氫的限制，提高慢性傷口部位的抗菌效果。選取糖尿病傷口感染為研究模型，以DNA分子（細(xì)菌特異性核酸適體）功能化的鉑納米酶、葡萄糖氧化酶和透明質(zhì)酸為組裝單元，構(gòu)建透明質(zhì)酸酶（HAase）激活的納米酶膠囊（APGH）。APGH在受感染的傷口中被細(xì)菌分泌的透明質(zhì)酸酶激活，之后納米酶通過表面修飾的核酸適體與細(xì)菌結(jié)合，葡萄糖氧化酶催化糖尿病傷口中高濃度的葡萄糖氧化，降低pH，補(bǔ)充過氧化氫，鉑納米酶在細(xì)菌表面原位生成·OH，提高了化動(dòng)力學(xué)殺菌效果。APGH的活性轉(zhuǎn)化與抗菌作用在體外實(shí)驗(yàn)和糖尿病傷口抗菌實(shí)驗(yàn)中得以驗(yàn)證。這種通過調(diào)控生理微環(huán)境以增強(qiáng)納米酶活性的策略具有通用性，對(duì)促進(jìn)納米酶的生物學(xué)應(yīng)用具有重要意義（Scheme 1）。該工作以“A Glucose-Powered Activatable Nanozyme Breaking pH and H2O2 Limitations for Treating Diabetic Infections”為題，于2021年8月10日發(fā)表在國際化學(xué)領(lǐng)域頂刊Angewandte Chemie，并入選VIP論文（Very Important Paper）和封面成果（Frontispiece），并被期刊官媒作新聞（News）報(bào)道。文章共同第一作者是長沙理工大學(xué)碩士生陳麗芳、碩士生邢碩暉和雷艷麗博士，通訊作者是卿志和副教授和楊榮華教授。文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202107712。
隨后，基于核酸編碼金屬納米材料的研究基礎(chǔ)（Zhihe Qing, et al. Nano Today 2021, 36, 101021-101042; Zhihe Qing, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 9719-9722），卿志和博士課題組發(fā)展了一種Zn2+配位驅(qū)動(dòng)的RNA納米組裝方法，實(shí)現(xiàn)功能RNA分子（mRNA、miRNA等）的細(xì)胞內(nèi)高效遞送。該方法操作簡單，只需要將RNA分子和Zn2+在95℃下混合，即可獲得具有球形形貌的納米顆粒。由于高溫消除了RNA復(fù)雜的二級(jí)結(jié)構(gòu)，因此，該方法適用于不同組成、長度（從20到近1000個(gè)核苷酸）和結(jié)構(gòu)的功能性RNA的包載，突顯了其普適性。此外，相較于脂質(zhì)體、陽離子聚合物、無機(jī)納米載體等常用的RNA納米載體，Zn2+配位驅(qū)動(dòng)組裝的RNA納米顆粒具有優(yōu)異的RNA包載量和轉(zhuǎn)染效率。更重要的是，凝膠電泳、熒光光譜和ESI質(zhì)譜等結(jié)果表明，包載的RNA保持了其結(jié)構(gòu)的完整性；通過考察合成的綠色熒光蛋白基因mRNA納米顆粒和抑癌miRNA納米顆粒的生物學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)Zn2+配位驅(qū)動(dòng)的納米組裝體能夠維持包載RNA的生物學(xué)功能，發(fā)揮高效的熒光信號(hào)報(bào)告作用和抗腫瘤作用（Scheme 2）。該工作以“Zn2+-Coordination-Driven RNA Assembly with Retained Integrity and Biological Functions”為題，于2021年8月17日發(fā)表在國際化學(xué)領(lǐng)域頂刊Angewandte Chemie，并被中國科學(xué)網(wǎng)和德國Willey數(shù)據(jù)庫公眾號(hào)（WilleyChem）采訪報(bào)道。文章共同第一作者是鄒振博士和碩士生賀麗蓓，通訊作者是卿志和副教授和楊榮華教授。文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202110404。
附：課題組近年取得的代表性成果（10篇）：
[1] Lifang Chen, Shuohui Xing, Zhihe Qing*, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, DOI: 10.1002/anie.202107712.
[2] Zhen Zou, Libei He, Zhihe Qing*, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, DOI: 10.1002/ange.202110404.
[3] Fengzhou Xu, Taiping Qing, Zhihe Qing*. Nano Today 2021, 36, 101021-101042.
[4] Zhihe Qing*, Jinlei Hu, Jingyuan Xu, et al. Chem. Sci. 2020, 11, 1985-1990.
[5] Zhihe Qing*, Jingyuan Xu, Jinlei Hu, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 11574-11585.
[6] Zhihe Qing, Guoyan Luo, Shuohui Xing, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 14044-14048.
[7] Zhihe Qing*, Ailing Bai, Lifang Chen, et al. CCS Chem. 2020, 2, 1217-1230.
[8] Zhihe Qing, Xiaoxiao He, Dinggeng He, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 9719 -9722.
[9] Zhihe Qing*, Lixuan Zhu, Xiaoxuan Li, et al. Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 11884-11890.
[10] Changhui Liu, Weiju Chen, Zhihe Qing*, et al. Anal. Chem. 2016, 88, 3998-4003.
（文/卿志和 審/曹忠）
