■從基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)到靶向創(chuàng)新 線粒體呼吸鏈研究實(shí)現(xiàn)跨越式突破

呼吸作用作為生命活動(dòng)的基石，驅(qū)動(dòng)著細(xì)胞內(nèi)能量的產(chǎn)生與代謝。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，位于線粒體內(nèi)膜的呼吸鏈蛋白超級復(fù)合物是完成這一關(guān)鍵過程的核心裝置。然而，由于缺乏關(guān)鍵結(jié)構(gòu)信息，呼吸鏈復(fù)合物協(xié)同工作的分子機(jī)制長期成謎。基于此，清華大學(xué)楊茂君教授團(tuán)隊(duì)自2012年起，以結(jié)構(gòu)生物學(xué)為基礎(chǔ)，開展了“線粒體呼吸鏈蛋白的結(jié)構(gòu)與功能研究”。該項(xiàng)目榮獲2024年中華醫(yī)學(xué)科技獎(jiǎng)醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目組實(shí)現(xiàn)了以下方面的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新：（1）團(tuán)隊(duì)率先在Nature報(bào)道Ⅱ型線粒體呼吸鏈復(fù)合物Ⅰ的結(jié)構(gòu)，通過解析其結(jié)合還原型輔酶Ⅰ（NADH）、輔酶Q等四種狀態(tài)的構(gòu)象，探討了Ⅱ型NADH脫氫酶（NDH-2）的電子傳遞機(jī)制，為靶向病原體研究提供關(guān)鍵依據(jù)。（2）開展哺乳動(dòng)物線粒體呼吸鏈蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。2016年，在Nature和Cell發(fā)表論文，首次解析非對稱性膜蛋白線粒體呼吸鏈電子傳遞鏈超級復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，闡明復(fù)合物間互相作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)磷脂分子的關(guān)鍵作用，并提出全新電子傳遞模型。2017年，再次在Cell發(fā)文，突破性發(fā)現(xiàn)人源線粒體中呼吸鏈超超級復(fù)合物Ⅰ2Ⅲ2Ⅳ2的存在，并解析其結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是目前世界上所解析的人源結(jié)構(gòu)中最大、最復(fù)雜的膜蛋白復(fù)合物，同時(shí)該發(fā)現(xiàn)為人類理解因線粒體呼吸鏈異常所導(dǎo)致的疾病提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2018—2019年，團(tuán)隊(duì)深入揭示復(fù)合物Ⅳ的完整結(jié)構(gòu)、復(fù)合物Ⅲ新的亞基組成和不完全對稱結(jié)構(gòu)，為超超級復(fù)合物的形成提供了支持；此外，團(tuán)隊(duì)突破性發(fā)現(xiàn)并解析了哺乳動(dòng)物三磷酸腺苷（ATP）合酶四聚體的完整結(jié)構(gòu)，在Science發(fā)表論文并提出了細(xì)胞內(nèi)調(diào)控ATP合酶的分子機(jī)制，為進(jìn)一步理解ATP合酶的亞基構(gòu)成、調(diào)控機(jī)制以及其對線粒體形態(tài)的影響等提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，為教科書的更新提供了素材。（3）開發(fā)了以瘧原蟲NDH-2為靶標(biāo)的針對耐藥性瘧原蟲的新型抗瘧疾藥物分子，為開發(fā)新的治療瘧疾的藥物打下了良好的基礎(chǔ)。（4）基于這些基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了調(diào)控線粒體功能異常治療前列腺增生、哮喘和老年癡呆癥的多款小分子化合物且已進(jìn)入Ⅱ期臨床研究階段。

展望未來，團(tuán)隊(duì)規(guī)劃將從以下關(guān)鍵方面深入推進(jìn)研究工作：一是探索高等哺乳動(dòng)物呼吸鏈超超級復(fù)合物的更高階精細(xì)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化純化技術(shù)以提升復(fù)合物豐度；二是解析結(jié)合激活劑/抑制劑的呼吸鏈結(jié)構(gòu)，直觀闡釋電子傳遞調(diào)控機(jī)制；三是利用人源線粒體蛋白獲取優(yōu)勢，開展以呼吸鏈為靶標(biāo)的小分子藥物篩選，推動(dòng)中藥資源開發(fā)。

■從血管修復(fù)機(jī)制突破入手 推動(dòng)血管性疾病防治創(chuàng)新轉(zhuǎn)化

心腦血管疾病作為“健康中國行動(dòng)”明確發(fā)起攻堅(jiān)的四大慢病之首，具有發(fā)病率高、致死率高、嚴(yán)重影響人民生活質(zhì)量等特征，給社會(huì)、民生帶來巨大負(fù)擔(dān)。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院張力教授帶領(lǐng)項(xiàng)目組開展了“血管損傷修復(fù)及重構(gòu)的新機(jī)制和干預(yù)策略的轉(zhuǎn)化應(yīng)用”研究，取得了一系列國際領(lǐng)先的重要原創(chuàng)性成果。該項(xiàng)目榮獲2024年中華醫(yī)學(xué)科技獎(jiǎng)醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

該項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括以下方面：（1）開發(fā)新型遺傳譜系示蹤技術(shù)，揭示血管壁干/祖細(xì)胞是修復(fù)及再生血管組織的關(guān)鍵種子細(xì)胞：項(xiàng)目組研發(fā)多組合、多策略的遺傳譜系示蹤技術(shù)，顯著提高譜系示蹤的精確性。在此基礎(chǔ)上，項(xiàng)目組在時(shí)間和空間上精準(zhǔn)繪制血管細(xì)胞圖譜，明確血管壁原位干/祖細(xì)胞的存在；揭示干/祖細(xì)胞異質(zhì)性，明確血管壁CD34+干/祖細(xì)胞分化內(nèi)皮細(xì)胞參與內(nèi)皮修復(fù)，鑒定Sca1+PDGFRα+細(xì)胞亞型是真正的修復(fù)平滑肌的干/祖細(xì)胞；首次闡明c-kit+干/祖細(xì)胞參與移植血管再生、冠狀動(dòng)脈血管新生和側(cè)支循環(huán)形成的機(jī)制，展現(xiàn)干/祖細(xì)胞介導(dǎo)血管再生在疾病中的治療作用。（2）構(gòu)建血管疾病模型，揭示血管修復(fù)及重構(gòu)的關(guān)鍵分子機(jī)制和藥物靶點(diǎn)：項(xiàng)目組構(gòu)建多種血管疾病的動(dòng)物模型，從干細(xì)胞分化血管細(xì)胞促進(jìn)血管修復(fù)、調(diào)控血管細(xì)胞功能減輕血管病理性重構(gòu)兩方面出發(fā)，首次揭示了miR-22、YAP通路、糖代謝和糖基化修飾等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分子在改善血管病變中的作用；首次從單細(xì)胞層面闡明同種免疫和受體細(xì)胞在移植血管動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展中的重要作用，揭示CCL21和CXCR3靶點(diǎn)的治療潛力。（3）新型血管支架等介入器械的改良及推廣應(yīng)用：項(xiàng)目組率先提出改良基于內(nèi)皮修復(fù)的內(nèi)皮祖細(xì)胞捕獲支架新思路；闡明三氧化二砷藥物洗脫支架起效的作用機(jī)制，提升產(chǎn)品的市場競爭力。

項(xiàng)目組表示，干細(xì)胞分化方向復(fù)雜多變，為臨床治療帶來挑戰(zhàn)，亟需精準(zhǔn)標(biāo)志物區(qū)分亞群。未來，研究將從基礎(chǔ)研究向臨床研究轉(zhuǎn)型，加快醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化效率，通過醫(yī)工信交叉合作，推動(dòng)血管研究成果轉(zhuǎn)化為新型國產(chǎn)醫(yī)療器械，創(chuàng)造更大效益。

■突破納米藥物遞送的生物適配研究 助力醫(yī)藥創(chuàng)新

在人民對生命健康需求日益增長的今天，生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)成為新興領(lǐng)域，而納米藥物作為其中極具潛力的分支，正吸引著全球關(guān)注。目前，我國納米藥物臨床轉(zhuǎn)化尚處起步階段，面臨與發(fā)達(dá)國家的差距大和科技封鎖的困境，因此，突破納米藥物關(guān)鍵技術(shù)迫在眉睫。國家納米科學(xué)中心可控納米藥物學(xué)實(shí)驗(yàn)室梁興杰教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)圍繞“納米藥物遞送的生物適配機(jī)制”關(guān)鍵科學(xué)問題開展了系統(tǒng)研究，取得了一系列研究成果。該項(xiàng)目榮獲2024年中華醫(yī)學(xué)科技獎(jiǎng)醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了以下3個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新：（1）團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了納米藥物遞送的生物適配規(guī)律。在血液輸運(yùn)方面，納米藥物載體的粒徑、表面電荷和修飾方式對其在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間影響顯著。研究表明，50 nm左右、表面電荷為-40～-20 mV或接近中性電荷，且經(jīng)過聚乙二醇化修飾的納米藥物載體，具有較好的生物相容性和較長的循環(huán)半衰期。在組織滲透方面，較小尺寸、表面帶負(fù)電荷的納米藥物載體更易穿透腫瘤組織，其中50 nm的納米藥物載體兼具良好的腫瘤富集與滲透效果。（2）團(tuán)隊(duì)揭示了納米藥物遞送生物適配的亞細(xì)胞效應(yīng)。在跨膜入胞機(jī)制上，納米藥物載體的尺寸、表面電荷和配體是關(guān)鍵影響因素。小尺寸納米載體跨膜效率更高，表面電荷會(huì)影響其與細(xì)胞膜的作用方式，特定配體修飾則能提高載體的跨膜入胞效率。在細(xì)胞器轉(zhuǎn)運(yùn)方面，團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)的納米藥物載體，解決了溶酶體逃逸、線粒體靶向和細(xì)胞核孔穿透入核等難題，為提高納米藥物遞送效率提供了理論支撐。（3）團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了生物適配的納米藥物遞送系統(tǒng)，并制定了納米藥物評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。其研發(fā)的“注射用鹽酸伊立替康（納米）膠束”是國內(nèi)首個(gè)以納米命名的治療性創(chuàng)新藥物，藥效較現(xiàn)有藥物提高了2.5倍，為中晚期結(jié)直腸癌患者帶來了新藥選擇和希望。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)制定的多項(xiàng)部門標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指導(dǎo)原則，為納米藥物研發(fā)和臨床批件申報(bào)提供了重要依據(jù)。

納米藥物遞送研究盡管取得了顯著成果，項(xiàng)目組表示該研究仍存在局限性。未來還需進(jìn)一步完善納米藥物遞送的生物適配理論體系，并將基于生物適配的納米藥物遞送系統(tǒng)應(yīng)用于不同適應(yīng)證的更多新藥研發(fā)。相信隨著研究的不斷深入，納米藥物將在生物醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，為人類健康帶來更多福祉。