李瑞宾团队JACS：人工合成材料模拟细胞内NADPH氧化酶

苏州大学李瑞宾研究团队首次合成了具有NADPH (还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸) 氧化酶 (NADPH Oxidase，NOX) 活性的人工材料，在细胞内可替代NOX蛋白酶发挥其免疫调节功能。该研究发现为NOX缺陷 (免疫力低下) 慢性肉芽肿患者的治疗以及机体应对外源性刺激（辐射、环境污染物、微生物）的免疫防护提供了新思路。相关成果发表于Journal of the American Chemical Society 杂志。

图1. NADPH氧化酶及FeNGR结构示意图

NOX是一种主要在免疫细胞中表达的具有6个亚基的跨膜复合酶。该复合酶的胞内亚基可以将NADPH转化为NADP⁺，通过跨膜区域将电子转移至胞膜gp91^phox亚基，利用其血红素活性位点，将O₂分子转化为超氧自由基，O₂^·-是引发细胞内免疫响应的重要起始信号分子。虽然NOX在机体免疫响应中至关重要，但其多亚基跨膜的复杂结构使得NOX难以提取、纯化，目前没有商品化的活性NOX重组酶。针对这一难题，李瑞宾研究团队根据NOX活性位点和电子传递的结构特征，设计合成了Fe-N掺杂的二维石墨烯材料，FeNGR (图1)。研究证实，FeNGR能够将NADPH高效转化为NADP⁺，同时伴随着氧自由基的生成 (图2)，转化率高达93%。相比蛋白酶，FeNGR更加稳定，可以在极端反应体系（pH 1-12，温度4-90℃，0-100%有机溶剂）中保持85%的催化活性。此外，FeNGR可以替代NOX的生物学功能，在NOX缺陷细胞中，催化超氧自由基的生成，并进一步激活下游的免疫信号分子（图3）。近期研究发现免疫因子在机体应对外源性刺激（辐射、环境污染物、微生物）中具有重要的保护作用，FeNGR的免疫保护效应将是未来非常值得探索的一个新方向。综上，该研究首次通过设计人工纳米材料模拟了跨膜复合酶，为人工酶的设计及机体免疫调控提供了新思路。

图2. 体外检测FeNGR催化NADPH转化

图3. FeNGR在NOX缺陷细胞中的生物学功能

苏州大学医学部放射医学与防护学院吴荻博士与天津大学化工学院李景坤副教授为该论文共同第一作者，李瑞宾教授与法国蒙彼利埃大学的Frédéric Jaouen教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（基金号：21976126, 31671032），科技部国际合作重点项目（基金号：2018YFE0120400）等基金的资助。

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Engineering Fe–N Doped Graphene to Mimic Biological Functions of NADPH Oxidase in Cells

Di Wu, Jingkun Li, Shujuan Xu, Qianqian Xie, Yanxia Pan, Xi Liu, Ronglin Ma, Huizhen Zheng, Meng Gao, Weili Wang, Jia Li, Xiaoming Cai, Frédéric Jaouen*, Ruibin Li*

J. Am. Chem. Soc., 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c08360