课题组简介

本研究组主要从事的研究方向为: 自由基特别是羟基自由基、活性中间体、具有氧化还原活性的过渡金属离子/络合物与天然抗氧化剂化学生物学;新型自由基/活性中间体形成机理和DNA损伤等生物学效应正常生理条件下即可发生的系列重排反应机理;·阳离子对的形成与活细胞核“DNA光开关“DNA-电融合探针及光动力抗癌药物;复合有机和无机环境污染物协同毒性/作用机理等;本研究组的研究为典型的多学科交叉领域研究,涉及物理有机化学、生物无机化学、生物物理化学、化学生物学、环境化学与毒理学、分子生物学、自由基生物与医学等。

 

目前课题组正在进行的研究

1.      系列羟基自由基(·OH产生新机制及其生物学效应

2.      环境污染物引发的新型自由基产生与DNA等生物大分子损伤机理

3.      新型手性多环芳胺-DNA加合物的自由基形成机理和生物学效应

4.      卤代醌活化的在正常生理条件下即可发生的系列重排(Lossen, Fries, Claisen, Beckmann)反应机理

5.      自由基依赖的化学发光机理和应用

6.      ·阳离子对的形成与活细胞核“DNA光开关手性“DNA光电融合探针及光动力抗癌药物

7.      复合有机和无机环境污染物协同毒性作用机理:亲脂性络合物的形成和活性中间体的作用

8.      具有氧化还原活性的过渡金属离子(铁、铜、锰)在引发自由基产生和生物损伤中的关键作用

9.      经典抗肺结核药物异烟肼的自由基形成机理和生物学效应

 

已取得的研究成果

自由基,特别是羟基自由基(·OH)的形成机制,在环境科学、化学、生物与医学等多项前沿研究领域中均十分重要。本研究组长期从事自由基化学与卤代芳烃环境污染物分子毒性机理研究,取得以下具有独创性和系统性的研究成果

1. 发现自由基产生新机制和鉴定新方法: 突破经典·OH产生理论,发现一类不同于经典Fenton反应的卤代醌介导的·OH产生新机制,提出五氯酚等卤代芳烃致癌的自由基新机理;首检测鉴定了一类新型碳中心醌自由基,为卤代醌诱导自由基机制提供了直接实验证据;采用新型捕获剂,首次分离纯化了醌碳加合物的自由基形式,建立了自旋捕获与色质联用的未知自由基检测鉴定新方法;发现卤代醌介导产生的多种活性自由基能导致DNA损伤。所建立的自由基产生新体系和鉴定新方法被国际同行广泛采用,开创并引领了该领域研究

2. 发现对致癌性卤代醌解毒新机制:发现异羟肟酸类药物可解毒致癌性卤代醌,但其机制并非由于其经典络合铁的能力,而是通过一类非同寻常的可在正常生理条件下即可发生的两步Lossen重排反应;进而发现卤代醌活化的系列新型重排和新型活性氮中心自由基产生/DNA加合物形成机理

3. 发现一类全新的·OH依赖的二次化学发光体系和分析新方法: 发现四卤代醌/H2O2可产生依赖于内源性·OH的一类新颖的二次化学发光体系及发光机理,并推广到卤代芳烃在高级氧化降解过程中。据此,开发出一项快速灵敏且简单有效的分析新方法,不仅可定量检测痕量卤代芳烃环境污染物/药物,还可对高级氧化过程中卤代芳烃降解动力学进行实时监测,该方法获国家授权发明专利。

4. 发现一类新型协同毒性作用机制:多氯酚和过渡金属(特别是铜)络合物可通过形成亲脂性三元络合物显著促进细胞对二者的跨膜转运和吸收,从而通过自由基和线粒体途径诱导细胞凋亡,产生强烈的协同毒性作用; 此类协同毒性作用可能是普遍存在于有机和无机环境污染物之间的一种共同毒性作用机制,为进一步研究污染物之间的复合毒性效应提供了新的理论基础;

5.  发现一类新颖的通过形成亲脂性·阳离子对复合物促进含钌DNA光开关活细胞核摄取的方法:发现三类结构不相关的生化试剂(如氯代酚等)不仅能促进DNA分子光开关”Ru(II)多吡啶络合物的细胞摄取,而且重要的是能促进细胞核的摄取且有明显的手性选择性,可用于活细胞核DNA光电融合成像和光动力治疗。其分子作用机理可能是形成了较稳定的亲脂性·阳离子对复合物。这为研究将其他潜在的兼具检测-医疗效应的细胞膜不通透的金属络合物靶向转入活细胞内提供了一种全新的方法。进而系统结构-效应研究发现细胞核摄取Ru(II)络合物与·阳离子对复合物的结合稳定性成正相关,而与其亲脂性成反相关。

以上代表性研究成果在国际权威学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)以难度最大的自由投稿方式连续发表五篇论文,被写入《Free Radicals in Biology and Medicine》经典教科书,这在中国环境科学和化学界均十分罕见。其系统性研究成果丰富和发展了经典·OH产生理论,在卤代芳烃自由基产生和毒性机制研究方面有重要突破,形成了系统的理论与方法体系,推动并引领了有机污染物自由基化学和毒理学在中国的发展。代表性研究成果多次被Science等期刊作专栏或亮点/封面介绍, 入选中科院十二五重大科技成果及标志性进展(为资环领域唯一入选项目)。相关研究获中科院百人计划,国家自然科学基金委杰出青年基金创新群体基金支持,终期评估皆为优秀;荣获中科院杰出科技成就奖顺磁共振发展奖励基金杰出贡献奖

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