（文章來源：校史研究通訊 2014年第9期 作者：徐輝碧） “文革”后，1978年，國家百廢待興。在科學發展的信息方面，也與世界隔絕多年了。學校發動教師大興調查研究，了解本學科國外在研究什么？徐輝碧是學無機化學的，她在北京圖書館的有關期刊上，第一次看到了“生物無機化學”，這深深地吸引了她的注意和興趣。1979年，學校通知她去美國做訪問學者，并要她提出具體研究方向。當朱九思找她個別談話時，她明確回答去學習、研究“生物無機化學”。她告訴九思同志：“因自己沒有學過生物化學，會遇到困難。有些同志勸我不要如此選擇。但想到這個新興交叉學科，國內幾乎是空白，還是想迎著困難上。” 九思同志回答說：“就這么定了，不能改了，你會學好的。”1979年11月5日，徐輝碧和李再光、鄒海明、徐則昆、葉能安五人，肩負著學校的重托，到了美國加州大學圣迭戈分校。 第一部分：1982—1984初期的工作 1982年初，生物無機科研組成立： 1981年11月徐輝碧從美國作為訪問學者兩年后回校，學校領導十分重視。1981年12月朱九思校長親自主持專題匯報會，參加會議的有：科研處、人事處、圖書館---等部門的負責同志。徐輝碧匯報了在美國加州大學圣迭戈分校Dr. Schrauzer實驗室從事生物無機化學研究兩年的情況。她在國外期刊參與發表論文3篇，回國后打算從事生物微量元素硒的研究。朱九思同意成立生物無機化學科研組；人事處與化學系同意解決人員安排；科研處王家金處長立即表示提供5萬元科研經費，解決兩間實驗用房；圖書館館長表示增加訂購10種有關中外文期刊。至此，我校生物無機化學科研組正式成立。 生物無機化學科研組第一個研究課題：硒酵母的制備及其功能研究。 根據美國Dr. Schrauzer研究硒酵母的一般原理（因保密，不了解具體情況）推測，我們制定了實驗方案。參加人有徐輝碧、廖寶涼、周井炎、黃開勛、何佳文、閻銘榕等。白手起家建立了滅菌室，經過大家努力，不到一年，得到了硒酵母，其中硒化合物主要是硒代蛋氨酸。湖北醫學院田鴻生教授實驗室對硒酵母進行大鼠肺癌模型、可移植路易斯肺癌等作用的研究，結果表明：抑癌率到達40-50%。1983年9月，湖北省科委主持鑒定，結論：硒酵母在國內是首次研制成功，可制訂臨床試驗標準，進行試驗。后與哈爾濱大關節病研究所合作，初步完成了臨床試驗。硒酵母技術由該所轉給了東北一制藥廠。 “云南個舊錫礦工人肺癌早期預報”的研究 1983年，國家科委發布信息征求 “云南個舊錫礦工人肺癌早期預報和防治”項目的參加單位（要面試）。這個項目是周恩來總理生前親自布置的。基于我們在“化學模式識別在生物微量元素譜研究中的應用”有一定的基礎，于是，徐輝碧去參加了“云錫”的面試后，獲準立項。由于項目涉及生物醫學、分析化學、計算機模式識別等，我校參加人有化學系：徐輝碧、黃開勛、周井炎、范華漢、高秋華、何佳文、王萬春、易紫蘭、張羅平、錢曉良等及圖像所李德華教授。我們與云錫研究所的同志，密切合作，獲國家科委基金資助（國家自然科學基金的前身）。在三年期間（1983-1985），同志們奔波在武漢-云南個舊之間十幾次，基本完成了這項艱巨的任務。1986年湖北省科委主持鑒定，結論：微量元素譜預報云南個舊錫礦工人肺癌有一定的應用價值。 1983年獲批“無機化學”碩士點,研究方向是生物無機化學，還參與了學校獲批的我國第一個“生物醫學工程”博士點申報 1983年我們申報并獲批了“無機化學”碩士點，重點研究方向是生物無機化學。隊伍成員是無機化學教研室和分析化學教研室。 “無機化學”碩士點的建立為科研組的工作提供了很好的條件。1983年入學的第一個生物無機化學碩士研究生是張羅平。由于她的長期不懈努力，2012年她被聘請為美國加州伯克利大學（University of California, Berkeley）科研正教授。1983年我校由王君健教授牽頭，康華光教授、徐輝碧教授組成三個研究方向，共同申報并獲批了我國第一個“生物醫學工程”博士點。1990年后，徐輝碧在在這個博士點招收研究生。 中國無機化學會決定：全國第一屆生物無機化學會1984年在我校舉行 1983年9月徐輝碧和廖寶涼參加了在安徽屯溪舉行的全國第2屆無機化學會。會上，王夔、倪嘉纘召集與會的生物無機化學代表首次討論了如何發展我國生物無機化學的有關問題。后經商定，1984年11月在我校召開全國第一屆生物無機化學會議。從此，我校與全國生物無機化學界緊密聯系，學術帶頭人王夔、倪嘉纘院士三十年來一直關心、指導我們的工作。 長遠研究方向的思考 在“硒與癌”關系的研究中，如何進行硒的生物效應機理的基礎研究，探討一個相對長遠、穩定的研究方向是我們思考的重要問題。通過閱讀了大量國內外有關文獻，似乎有點眉目。臨門一腳是在1983年，稽汝運院士推薦徐輝碧參加在上海舉行的“國際化學致癌機理學術討論會”得到的啟示。會上，英國Willans教授 在報告中指出：“缺硒會導致活性氧自由基的增加，這如同癌癥發生。” 中科院生物物理所忻文娟教授做了 “活性氧自由基與癌癥關系”的報告。通過這次會，徐輝碧明確提出研究的切入點：硒與活性氧自由基(ROS)作用，并和科研組的同志取得了共識。于是，科研組初步確立了相對長遠、穩定的研究方向：“重要疾病中硒與活性氧自由基(ROS)作用的基礎研究”。 第二部分：1984—1993硒與活性氧自由基(ROS)作用的系統研究 硒與脂質過氧自由基（ROO˙）、超氧陰離子（O2ˉ˙）、羥基自由基（˙OH）、單線態氧（1O2）等的作用及其機理的研究 用電子自旋共振（ESR）證實了硒化合物是脂質過氧自由基的清除劑 文獻告訴我們，硒化合物的抗氧化作用的機理之一可能是硒作為自由基的清除劑，但長期以來未被實驗用ESR證實。第一個研究生張羅平的碩士論文就是針對這個問題而設計進行的。用卵磷脂作為生物膜的模型體系，在低溫下經紫外線輻照可產生脂質過氧自由基（ROS之一）的ESR信號，其g值與峰形均與文獻記載的脂質過氧自由基相同。加入硒化合物時，相同條件下產生脂質過氧自由基的ESR信號幅值明顯衰減，且硒化合物的濃度越高，衰減越大。實驗還表明：有機硒化合物清除自由基的能力大于無機硒化合物。對三個有機硒化合物二乙酸硒化物、二丙酸硒化物和二丙晴硒化物的清除自由基的能力比較的實驗結果是：二丙酸硒化物>二丙晴硒化物>二乙酸硒化物。這與不同硒化合物電子供體能力及其對卵磷脂分子中不飽和脂肪酸鏈的親和力有關。北京大學李崇熙教授和中科院上海冶金所劉征先參與了指導工作。 胡松洲用上述硒化合物對幾種不飽和脂肪酸過氧自由基作用，觀察到不飽和脂肪酸的不飽和度越大，硒化合物的保護作用越大。 綜上所得結論是：通過實驗首次用電子自旋共振（ESR）技術證實了硒化合物是脂質過氧自由基的清除劑。這個結果給我們以信心，使研究工作沿著這一思路往前走，探討硒化合物與ROS各主要物種的作用。 系列二烷基二硒化合物與脂質過氧自由基、單線態氧的作用及Ebselen對羥基自由基（·OH）的作用 汪新文對合成的系列二烷基二硒化合物（R碳原子數n=2-6）研究了它們與ROS作用。ESR實驗進一步證實所合成的硒化合物都能清除活性氧自由基。結果還表現出清除效果依R碳原子數為奇數或偶數而異的奇偶規律。當碳原子數為奇數時其清除效果明顯大于偶數，這與Schwarz等在硒的生物效應研究中發現的奇偶規律相符合。吳叔鴒、邢軍、伍躍輝用氣相色譜法研究了上述二烷基二硒化合物對亞甲蘭光敏化氧化二甲基呋喃反應的影響，觀察到這些硒化合物是單線態氧的淬滅劑，測定了淬滅速度常數，探討了淬滅作用的機理。鮑俊華、涂歡、楊祥良等用自旋捕獲ESR技術證明，自旋捕獲劑 DMPO和 PBN能捕獲羥基自由基，所得到的ESR信號因體系中的硒化合物Ebselen及其衍生物的存在而衰減，表明這些硒化合物對羥基自由基（·OH）和超氧陰離子（O2ˉ˙）有清除作用。 真實生物膜的實驗 范華漢用紅細胞膜進行了相關研究。紅細胞膜在低溫下經紫外線輻照也可產生脂質過氧自由基的ESR信號。用有機硒化合物共同培養紅細胞膜，對照組為不含硒的紅細胞膜。結果表明有機硒化合物共同培養紅細胞膜具有清除活性氧自由基的能力，不含硒的紅細胞膜則無作用。 硒與脂質過氧自由基作用機理—硒中心自由基的產生 文獻曾報道硒防輻射作用可能是其產生硒中心自由基。汪新文等推測硒與脂質過氧自由基的作用也可能與其產生硒中心自由基有關。通過質譜實驗獲得了硒化合物對脂質過氧自由基的清除是由于硒中心自由基所致的信息。實驗觀察到，在20eV（接近紫外線輻照能量）的電子轟擊下RSeSeR，可分裂生成RSeSe˙碎片。這說明硒化合物分子中硒—碳鍵斷裂，生成了硒中心自由基RSeSe˙。 量子化學計算結果支持硒中心自由基的生成，從理論化學的視角闡明了硒與脂質過氧自由基作用機理 孫杰根據重元素CNDO/2參量法對硒選擇了有關參量，采用CH3Se·類型的硒中心自由基的構型優選值，通過自旋非限制性(UHF)的CNDO/2(s-pd-f)方法對二乙酸硒化物、二丙酸硒化物和二丙晴硒化物，進行了有關計算。結果表明，自由基中未成對電子主要定域于硒原子的Px軌道上。因此，無論從硒原子，特別是Px軌道的空間位置，或是從其上所攜帶的負電荷來看，都十分有利于它捕捉親電的脂質過氧自由基。硒原子上所攜帶的凈電荷的大小順序是： 二丙酸硒化物﹥二丙晴硒化物﹥二乙酸硒化物。未成對電子軌道能級(HOMO)的高低順序也是：二丙酸硒化物﹥二丙晴硒化物﹥二乙酸硒化物。而HOMO能級越高，就越有利于給出電子以破壞親電的脂質過氧自由基。上述計算結果與這三個化合物清除脂質過氧自由基的ESR實驗結果完全一致，這就支持了硒化合物通過硒中心自由基發揮清除作用的設想。 硒能催化產生(ROS)是硒的兩面性的表現 程驛和馮志明對亞硒酸納、還原性谷胱甘肽、過氧化氫體系進行了研究。用鄰苯三酚自氧化法和電子自旋共振（ESR）技術均證實了：在此反應體系中通過亞硒酸鈉的催化作用產生了超氧陰離子（O2ˉ˙）等ROS物種。說明在不同劑量條件下，一方面硒既能清除ROS，另一方面硒又能產生ROS。這表現出硒的生物效應的兩面性。 硒的Weinberg劑量—效應曲線的微觀機制 孫恩杰、楊祥良、鄒娟、徐輝碧等，對國內外有關硒的生物效應、硒的劑量與ROS 關系，特別是對我們自己的比較長期研究工作，進行了系統的綜合分析。提出了：“硒的生物效應—劑量關系的活性氧自由基機理。”硒對活性氧自由基的清除和產生均與體系中硒的劑量密切相關，同時又與活性氧自由基密切相關。比較低濃度的硒表現出對活性氧自由基的清除作用。比較高濃度的硒表現出對活性氧自由基產生的催化作用。硒的劑量、生物效應與活性氧自由基的三者關系體現了硒的Weinberg劑量—效應曲線的微觀機制。后來，陳春英、程幫豪還在生物體系進行了三者關系的實驗，證實了這一設想。Weinberg曲線通常研究的是劑量—效應關系，對硒而言，我們提出了劑量—效應—ROS三者的關系，它揭示了劑量—效應的微觀機制。 第二部分研究工作的指導老師有：徐輝碧、廖寶涼、蘇 嫦、周井炎和黃開勛。 第三部分：1993—2003硒與活性氧自由基(ROS)作用研究的深入：新技術應用 硒誘導細胞凋亡中的ROS調控信號轉導機制 王海濤、楊祥良研究了“亞硒酸鈉誘導SW480細胞凋亡過程中活性氧的作用”。用結腸癌SW480腫瘤細胞為模型，將亞硒酸鈉與該細胞共同培養，研究亞硒酸鈉對SW480細胞生長和凋亡的影響。結果發現亞硒酸鈉，可抑制細胞生長，降低細胞的存活率，并誘導SW480細胞凋亡。在這個過程中ROS的含量顯著增加，說明ROS在亞硒酸鈉誘導SW480細胞凋亡過程中發揮著調控作用。至此，我們對硒與ROS的研究工作從對自由基清除進入與信號轉導機制、離子通道等相關的研究新階段。 硒通過離子通道拮抗活性氧ONOOˉ（過氧亞硝基陰離子）對神經細胞毒的保護作用 易永等合成了過氧亞硝基陰離子，用Fura-2顯微熒光測定鈣的技術發現，ONOOˉ作用于MN9D細胞，短時間內即可導致其細胞內游離鈣離子濃度的劇烈升高。結果提示ONOOˉ的這種作用主要是通過激活L-型鈣離子通道，使細胞外鈣大量內流。Ebselen能有效拮抗ONOOˉ對鈣離子濃度的影響，并存在一定的劑量效應關系。涂歡也觀察到在單個神經細胞內羥基自由基（˙OH）對鈣離子濃度的影響，及硒化合物的抑制作用，類似上述對于ONOOˉ的研究結果。 高中洪研究了黃芩黃酮的抗氧化及其對神經細胞氧化損傷的保護作用。 系統研究了四種主要的黃芩黃酮對羥基自由基（˙OH）、超氧陰離子（O2ˉ˙）等清除作用，探討了黃芩黃酮清除ROS活性的構效關系。由于是首次報道 ROS對神經細胞 損傷時黃芩黃酮的保護作用，論文發表后引用率很高。 至此，我們從硒化合物對ROS的作用推廣到具有抗氧化作用的中藥與ROS體系的作用，說明了硒與活性氧自由基關系研究，原理上有一定的普遍性。 瞿祥虎等根據生物信息學原理，采用計算機程序對真核生物硒蛋白基因中SECIS 進行了比較和結構表征。 在43個 硒蛋白基因的3ˊ非翻譯區(UTR)都能找到1-2個可能的 SECIS 莖-環結構。所有硒蛋白都具有的三段保守堿基是：AUGA-(A)AA-GA.而在一些隨機挑選的非硒蛋白基因中均未找到典型的SECIS 莖-環結構。所得結果支持SECIS是真核生物硒蛋白基因的一個獨有特征，且SECIS就位于3ˊ非翻譯區(UTR)的觀點。此方法對尋找具有重要生物功能的新的硒蛋白提供了一定的依據。 應用研究： （1）天天明滴眼液 我們與河南醫科所韓秀嫻大夫合作研究發現了微量元素、中藥能阻止雞眼軸長的增加，陸家政證明它們能清除眼晶體的ROS。在此基礎上，設計了一種防治兒童近視的滴眼液。獲臨床批準后，此滴眼液轉給武漢制藥廠。1996年進入市場，名為：“天天明滴眼液。” 現改名為：“冰珍清目滴眼液”，由武漢遠大天天明藥業公司生產。我們以研究出這個藥品而受到鼓舞。 （2）胰島素口腔噴劑 為減輕糖尿病人每天打針的痛苦，我們決定研制一種非注射胰島素，這是一個難度較大的自選項目，后獲得國家的支持。參加這個項目的有田衛群、吳慶知、朱玉山、盛希群、陳澤憲等。1997-1999，在實驗室研制成功并用透射電鏡證實胰島素通過了口腔粘膜。1999年12月通過國家評審的答辯，獲得了臨床批件，科研組出色地完成了臨床前的研究任務。由于在選擇轉讓公司上的失誤，致使尚未獲生產批件。 第三部分的主要的指導老師：徐輝碧、黃開勛、楊祥良、高秋華、劉瓊、高中洪、楊繼林和彭紅等。 第四部分：2003—2013硒蛋白與疾病的關系的深入研究及鐵的相關研究 1992年北京醫科大學舉行的全國“生物無機化學發展動向座談會”的紀要中提到，我國的生物無機化學躍上了幾個“臺階”。從研究小分子跨到研究生物大分子；從研究單一分子到研究分子系統；從研究化學反應系統到研究生物系統。這幾個跨躍使我們從總體上有能力趕上世界研究的主流。我們的研究正是經過了這幾個跨躍，使我們在“硒蛋白與疾病關系”研究方面，在世界上占有一席之地。在此期間獲批了“生物無機化學與藥物湖北省重點實驗室”，于2004年12月建設立項，2008年通過驗收。 1. 硒蛋白與疾病的關系 對硒蛋白與疾病關系的研究，主要圍繞以下三個方面的內容展開： (1)硒與血管動脈粥樣硬化 ① 硒對氧化型固醇導致血管損傷的抑制作用 對包括血管在內的21個大鼠組織攝入硒的分布進行了測定，結果顯示缺硒鼠和足硒鼠蛋白硒的分布有明顯差別，將二者的比值用Rf表示，發現大鼠眼Rf值最大，其次就是血管。說明眼和血管中的消耗更快，硒在眼和血管組織中發揮重要作用。進一步采用凝膠電泳和同位素標記技術發現硒在血管中以硒蛋白的形式存在發揮作用。在此基礎上，揭示了硒對氧化型固醇導致血管損傷的抑制發揮重要作用。 ② 硒對血管抗氧化能力的影響 研究結果揭示，缺硒鼠血管GPx、TR的活性和總抗氧化能力明顯下降，ROS的濃度和脂質過氧化產物MDA明顯增加。如果缺硒鼠注入Triol上述變化更加顯著，補硒可有效逆轉這種變化。細胞做實驗，得到類似的結果，并觀察到劑量效應和時間效應。研究中還首次發現血管硒營養狀態對血管TR的調控：長期缺硒引起大鼠血管組織TR的活性及mRNA表達增加。氧化型固醇注入血管會增加誘導型一氧化氮合成酶的活性，使體內NO的水平過量升高。NO與超氧陰離子結合，形成過氧亞硝酸根離子（ONOO-），可使蛋白質、核酸等生物大分子損傷，從而對血管造成損傷。補硒可以抑制這一現象。 ③ 硒對血液前列環素和血栓素濃度平衡的調節作用 研究結果表明硒缺乏會導致血液流動減慢，而氧化型固醇會使血液流動更慢，加之抗氧化能力下降，一些有害成分如活性氧與血管內皮的作用時間延長，從而使得內皮的損傷更大；硒可明顯抑制Triol誘導血液前列環素和血栓素濃度比值的變化，使血液流動達到正常，加上抗氧化能力增加，從而減少了有害成分對內皮的損傷。這可能是血管硒蛋白預防動脈粥樣硬化的重要機理之一。 ④ 硒對氧化型固醇誘導的平滑肌細胞凋亡的抑制 血管平滑肌細胞（VSMC）非正常凋亡是動脈粥樣硬化發病機理的一個重要環節。對細胞進行吖啶橙染色后，熒光顯微鏡可見對照組細胞飽滿，胞漿呈紅色，核內均勻染呈綠色，凋亡細胞極少；而Triol作用24h后，細胞體積變小，細胞核染色質固縮，部分可見凋亡小體，且Triol濃度的增大，凋亡細胞增加。而經Na2SeO3和/或Vc預處理，凋亡細胞明顯減少。流式細胞儀對凋亡細胞進行定量測定，結果顯示VSMC經不同濃度的Triol處理24h，其凋亡率隨Triol 濃度的增大而增加，呈現劑量的依賴性。經50nM Na2SeO3預處理VSMC 12h或24h，再用Triol處理24h。研究了硒抑制Triol 引起的細胞凋亡及機理。 ⑤ 硒與血管鈣化 血管鈣化是一種常見的病理生物礦化，指羥基磷灰石晶體在病變或損傷的大、中動脈組織的沉積，它是心血管疾病(如動脈粥樣硬化、冠心病等)、糖尿病、慢性腎臟病及骨質疏松等多種疾病的病理特征和重要危險因素。氧化應激是血管鈣化形成的主要誘導因素。基于血管平滑肌細胞(VSMCs)向成骨細胞分化是血管鈣化形成的細胞基礎，我們研究了硒對過氧化氫和超氧陰離子誘導的VSMCs向成骨細胞分化的影響及機制。結果顯示，硒通過硒蛋白抗氧化、調節細胞氧化還原狀態抑制了氧化應激激活的絲裂原激活蛋白激酶(MAPKs)信號途徑和PI3K/Akt信號途徑，同時抑制了氧化應激誘導的內質網應激凋亡途徑，最終抑制了VSMCs向成骨細胞分化及鈣化。該結果揭示了硒、氧化應激、血管鈣化三者的關系，為硒預防動脈粥樣氧化等心血管疾病提供了新的機理解釋。 (2) 硒與糖尿病 硒與糖尿病的關系比較復雜，展現出兩面性。早期研究表明硒具有類胰島素作用，然而近來研究發現長期攝入超營養劑量硒具有促糖尿病作用，這一作用與幾種硒蛋白密切相關，如GPx-1、SelS等。 我們著重以SelS和亞硒酸鈉為對象，研究了SelS缺乏、亞硒酸鈉對糖尿病發生發展的干預作用及其機制。 ① 硒對1型和2型糖尿病發生發展的干預作用 我們的結果表明，在四氧嘧啶或鏈脲佐菌素誘導的1型糖尿病小鼠中，灌胃給與亞硒酸鈉2周可顯著降低其血糖。補硒增加了胰腺組織中硒蛋白GPx-1和SelS的表達水平，抑制了小鼠胰腺和肝臟的氧化應激，并抑制促炎癥細胞因子IL-1β、TNF-α 和IFN-γ的mRNA表達，改善了胰腺組織的免疫失衡，從而改善糖尿病病情。但在高脂飼料聯合鏈脲佐菌素誘導的2型糖尿病小鼠中，灌胃給與亞硒酸鈉4周對血糖無明顯影響，而是顯著地促進其胰島素抵抗。進一步的研究表明，補硒4周促進了糖尿病小鼠肝臟組織中的氧化應激，激活了ROS-JNK信號通路，從而抑制胰島素信號轉導，使胰島素敏感性進一步受損。 ② 長期高硒攝入對胰島素敏感性的損傷作用及其機制 我們的結果表明，與缺硒組和足硒組小鼠相比，高硒組（喂食2.0 mg Se/kg飼料3個月）血漿胰島素水平和胰島素抵抗指數顯著升高，葡萄糖耐量和胰島素耐量受損。而且，高硒組小鼠肝臟和骨骼肌組織中IR、IRS-1及Akt磷酸化水平顯著下降，出現胰島素信號轉導障礙。上述結果與國際同行的最新研究結果一致，均表明長期高硒攝入可誘導正常小鼠產生胰島素抵抗和2型糖尿病癥狀，而本課題組首次證實了肝臟和骨骼肌中胰島素信號轉導受阻介導了高硒攝入的促糖尿病作用，為闡明這一作用的分子機制提供了新的實驗依據。 ③ SelS對肝細胞中內質網應激、炎癥、氧化應激與胰島素抵抗的抑制作用 我們的結果表明，葡萄糖胺處理導致HepG2細胞中SelS表達和內質網應激水平升高，胰島素信號分子的磷酸化水平下降。采用siRNA技術使細胞中SelS基因沉默后，葡萄糖胺誘導的內質網應激水平進一步升高，胰島素信號分子的磷酸化水平進一步下降，表明SelS基因沉默加劇了葡萄糖胺誘導的內質網應激和胰島素抵抗。上述結果提示SelS具有抗氧化功能，并對肝細胞中內質網應激、炎癥反應與胰島素抵抗具有抑制作用，研究結果為理解SelS的生物學功能及其與糖尿病的關系提供了新的實驗依據。 ④ SelK在內質網應激中的調節作用 SelK和SelS在蛋白質一級結構上具有類似性，已知SelS是一個內質網應激調節蛋白，但未見到SelK在內質網應激條件下的作用。為此，我們采用SelK小分子RNA干擾等技術研究了內質網應激試劑β-ME和Tm對SelK表達的影響和SelK對于內質網應激導致的HepG2細胞損傷的保護作用。結果表明，10 mM β-ME和10 μg/mL Tm可分別顯著增加HepG2細胞中SelK mRNA和蛋白質表達至200%、240%和250%、240%。RNA干擾抑制SelK mRNA和蛋白質表達可明顯促進內質網應激誘導的HepG2細胞凋亡。這些結果第一次揭示了SelK是一個內質網應激調節蛋白，并且在保護細胞抵抗內質網應激誘導的細胞凋亡方面發揮重要作用。 ⑤ SelS對脂肪細胞中內質網應激與胰島素抵抗的抑制作用 我們的結果表明，軟脂酸鈉處理導致3T3-L1脂肪細胞產生內質網應激與胰島素抵抗，當SelS基因沉默后，此作用進一步加劇。這提示SelS對脂肪細胞中內質網應激與胰島素抵抗具有抑制作用，這種作用可能與SelS作為ERAD逆向轉運通道中的重要組成部分密切相關。研究還發現，在內質網應激反應信號通路中IRE-1α / JNK信號通路是介導上述效應的主要信號通路。 ⑥ ONOO-對骨骼肌細胞中胰島素信號分子基因表達的影響 一定濃度的ONOOˉ處理骨骼肌細胞，顯著減少了IR、IRS-1、CAP、Cbl和Glut4的基因表達水平，并具有濃度依賴性。而且，ONOOˉ在低濃度下促進HepG2細胞膜蛋白和胞質蛋白的酪氨酸磷酸化，可能起到信號分子的作用；在高濃度下抑制膜蛋白和胞質蛋白的磷酸化，可能與胰島素抵抗的發生有關。進一步發現無論在基礎狀態下還是在胰島素刺激狀態下，低濃度的ONOOˉ促進了胰島素受體的自磷酸化和激酶活性，可能作為一個信號分子，而高濃度的ONOOˉ抑制了胰島素受體的自磷酸化和激酶活性，可能介導胰島素抵抗的發生。ONOOˉ的這種雙向調節作用可能與它對胰島素受體的硝化和氧化修飾有關。 (3) 硒與白內障 糖尿病性白內障是糖尿病患者中最常見的慢性并發癥之一，開展糖尿病性白內障發病機制的研究，具有重要的科學意義和應用價值。 我們以硒性白內障和糖尿病性白內障為對象，研究了硒致白內障和硒蛋白R在晶狀體上皮細胞中的作用。 ① 亞硒酸鈉致白內障發病機制的研究 硒性白內障作為一種實驗性動物模型，用以模擬人類的老年性白內障。但是硒性白內障的產生必須在大鼠開眼之前注射亞硒酸鈉，開眼之后即使加大亞硒酸鈉的劑量，也無法造模成功，這種年齡上的特異性至今原因不明。為此，以硒性白內障模型動物為對象，采用氫氧化鑭示蹤法檢測了不同年齡段血－視網膜屏障的發育情況，結果表明未開眼Wistar鼠的抗氧化能力不是其易于形成白內障的主要原因，而真正原因是由于未開眼幼鼠血－視網膜屏障發育不成熟，使得大量的亞硒酸鈉進入眼中，導致晶狀體氧化損傷而出現白內障。 為探討亞硒酸鈉誘發幼鼠白內障形成的機理，我們研究了硒誘導hLE細胞SRA01/04凋亡及其途徑。結果說明，較高劑量的亞硒酸鈉可明顯誘發的hLE細胞凋亡，其途徑主要是通過誘發產生的活性氧介導的線粒體途徑，這與我們早期的研究結果是一致的。 ② 硒蛋白R（蛋氨酸亞砜還原酶）對晶狀體氧化應激的調節作用 首先，我們以鏈脲佐菌素（STZ）誘發的糖尿病小鼠的晶狀體為研究對象，比較了糖尿病早期小鼠和正常鼠晶狀體的變化。發現部分小分子量的晶狀體蛋白質含量明顯下降，而55kDa 左右的蛋白含量有升高趨勢；而MsrB1的mRNA和蛋白質表達水平顯著下降；總蛋白中MetO、MDA、蛋白羰基水平均顯著升高，晶狀體組織中總巰基（TSH）含量顯著降低，表明糖尿病小鼠晶狀體受到氧化損傷，生物大分子發生氧化修飾，這與糖尿病小鼠晶狀體Msrs表達受到抑制、抗氧化能力下降，對Met 損傷的修復功能受到影響的結果相一致。 進一步以hLE細胞為對象，發現高糖和MsrB1基因沉默均降低了hLE細胞存活率；高糖使MsrB1的mRNA和蛋白的表達降低，高糖與MsrB1 基因沉默共同作用引起胞內ROS和MDA水平的顯著升高，hLE細胞凋亡率顯著增加；而且線粒體膜壓的下降，細胞色素c 向胞質釋放加劇，caspase-3 酶活顯著升高。表明高糖和MsrB1 基因沉默引起了細胞凋亡，且凋亡過程可能是通過胞內ROS 對線粒體的損傷所介導，可見MsrB1 對晶狀體上皮細胞氧化還原平衡有重要的調節作用。 ③ MsrB1(SelR)對過氧亞硝酸根誘發人晶狀體上皮細胞損傷的保護作用 基于過氧亞硝酸根（ONOO?）在糖尿病患者血管等組織中的存在，首先我們研究了MsrB1對ONOO? 誘導hLE細胞凋亡的抑制作用。結果表明低濃度的ONOO? 可以刺激hLE細胞增殖，而高濃度的ONOO? 明顯導致hLE細胞死亡的增加。單獨的ONOO? 處理或MsrB1基因沉默都可以誘導hLE細胞中氧化應激和內質網應激的發生，激活caspase-3，從而導致細胞凋亡。當MsrB1基因沉默細胞經300 μM ONOO? 處理后，使這一現象進一步加劇。說明MsrB1在抑制ONOO? 導致的氧化應激，調節細胞內的氧化還原平衡和緩解內質網應激中起著重要的作用，且MsrB1也可以通過抑制caspase-3的激活和DNA的氧化損傷保護hLE細胞抵抗由ONOO? 誘導的細胞凋亡的發生。 進一步我們研究了MsrB1對ONOO? 誘導hLE細胞骨架F-actin損傷的保護作用。結果表明低濃度的ONOO? 可以促進F-actin的組裝，而高濃度的ONOO? 會損害F-actin的組裝，與此同時，伴隨著ERK1/2激活和ERK1/2抑制。高濃度的ONOO? 作用于MsrB1基因沉默的細胞加劇了細胞中F-actin的去組裝和ERK的失活，進一步的研究顯示F-actin的去組裝伴隨著F-actin蛋白硝化水平的增加，bFGF是通過MEK依賴性途徑激活ERK1/2的磷酸化，而ONOO? 是通過MEK非依賴性途徑激活的ERK1/2磷酸化。 硒蛋白與疾病關系的研究先后在Free Radical Biology and Medicine、 Biochemical and Biophysical Research Communications、Biochimica et Biophysica Acta、Archives of Biochemistry and Biophysics、Journal of Inorganic Biochemistry、Journal of Biological Inorganic Chemistry、Experimental Eye Research、Toxicology Letters、Toxicology and Applied Pharmacology、Journal of Nutritional Biochemistry、Life Sciences、Analytical and Bioanalytical Chemistry、Chemico-Biological Interactions、Molecular and Cellular Biochemistry、Biological Trace Element Research等期刊上發表，在國際上產生了一定的影響，黃開勛應邀于2010年五月底在日本京都市京都大學舉行的“第九屆硒的生物醫學國際會議”作了“硒蛋白S與糖尿病”的大會邀請報告，并受邀成為10th International Symposium on Selenium in Biology and Medicine’（國際硒的生物醫學研討會）International Scientific and Program Organizing Committee成員。2013年與康奈爾大學Xingen Lei教授合作在Free Radical Biology and Medicine上發表了以周軍為第一作者的特邀綜述論文1篇（Selenium and Diabetes——Evidence from animal studies. Free Radical Biology and Medicine 2013, 65: 1548-1556），在這篇論文中，結合本課題組的工作系統介紹了該研究領域的最新進展，被Free Radical Biology and Medicine選為亮點論文（Highlighted Article）。期刊編輯部在論文發表同期配發了專題述評，并對該論文給予高度評價：“全面概括了對于硒與2型糖尿病之間意外聯系的最新認識”；“將為最終理解這一意外現象并在人類營養與健康中合理使用硒鋪平道路”。 在硒蛋白與疾病關系的研究中，參與研究的研究生包括：瞿祥虎、吳慶知、湯蓉、池泉、劉紅梅、周軍、張愚、曾金紅、杜少卿、李軼、賈義、陳宏杰等。 指導教師：黃開勛、劉紅梅、周軍、徐輝碧 2．鐵對機體中蛋白質酪氨酸硝化的促進作用及機理和聚合物磁性硅的研究 （1）研究了血紅素催化NO2--H2O2體系硝化蛋白質酪氨酸殘基的條件和影響因素 發現血紅素催化NO2--H2O2體系硝化蛋白的效率與其過氧化物酶活性密切相關。血紅素可與某些特定結構的多肽或蛋白結合，形成相應的復合物。當血紅素與Ab結合時，過氧化物酶活性增高，且催化蛋白質酪氨酸殘基硝化的能力也增強，該作用可能與阿爾茲海默病患者腦中蛋白質酪氨酸硝化水平上升有關。通過對血紅素- Ab復合物催化NO2--H2O2體系硝化蛋白質的實驗發現，血紅素-Ab復合物催化的蛋白質酪氨酸硝化位點與游離血紅素催化的結果不同，游離血紅素催化硝化的位點處于蛋白的疏水區域，而血紅素- Ab復合物催化的硝化位點更傾向于疏水區域。 （2）在一些動物模型上研究了疾病與蛋白質酪氨酸硝化的關系 在鐵過載大鼠模型中發現，大鼠的肝臟中蛋白質酪氨酸硝化水平顯著高于正常組，其中谷氨酸脫氫酶和谷胱甘肽硫轉移酶都是可被硝化的蛋白；在糖尿病大鼠模型中，通過免疫沉淀的方法，確證了糖尿病組織和血清中α-烯醇酶是一種易于發生酪氨酸硝化的蛋白質。與正常大鼠相比，糖尿病心肌、肝臟和血清中α-烯醇酶的表達和硝化水平顯著上升，經液-質聯用技術鑒定了糖尿病大鼠心肌中α-烯醇酶的硝化位點在Tyr257 和Tyr131；在鐵過載糖尿病大鼠模型中，發現鐵過載促進了糖尿病大鼠肝臟葡萄糖激酶硝化位點的增加（糖尿病：Tyr-413，Tyr-289；鐵過載糖尿病：Tyr-413，Tyr-289和Tyr-61）。并發現隨著硝化位點的增加，GK的硝化程度隨之加強，與疾病嚴重程度正相關。 （3）鐵絡合劑或抗氧化劑對血紅素-NO2--H2O2體系導致的蛋白質酪氨酸硝化和氧化的影響 在體外化學體系中研究了一些鐵絡合劑或抗氧化劑對血紅素-NO2--H2O2體系導致的蛋白質酪氨酸硝化和蛋白質氧化的影響，發現大多數抗氧化物可以有效抑制該體系導致的蛋白質酪氨酸硝化，但對蛋白質氧化的作用抑制效果較差。鐵絡合劑去鐵敏(DFO)在低濃度時，可促進蛋白質氧化，其促氧化作用的機理是促進了O2?- 的生成。鐵過載大鼠模型中發現，補充黃芩苷可降低鐵過載導致的肝損傷，同時也可有效降低鐵過載引起的肝臟蛋白質酪氨酸硝化。 （4）聚合物磁性硅的研究 合成并表征了以下幾種新型的磁性吸附劑如：巰基修飾的磁性硅球，GMA-IDA接枝的聚合物磁性硅球（簡稱GMA-IDA/SiO2/Fe3O4），EDTA修飾的殼聚糖磁性硅球（簡稱EDTA/chitosan/SiO2/Fe3O4），及LBL法制備的殼聚糖/聚丙烯酸接枝的磁性吸附劑（簡稱Na-(chitosan/PAA)n/MPC），并應用于水溶液中重金屬及陽離子染料的去除，同時還用于多種中藥提取液如當歸藥液，黃芪藥液及二者的復方藥液中的重金屬的去除，結果表明EDTA/chitosan/SiO2/Fe3O4 能顯著去除中藥中超標的多種重金屬如銅、鎘及鉛等。特別是對當歸藥液中的重金屬，不僅使其含量降低至國家限量標準以下，而且在去除重金屬前后，當歸藥液中的主要藥效學成分如阿魏酸的含量，藥液的HPLC指紋譜圖等都沒有發生顯著的變化，這些結果發表在“中國中藥雜志”上，說明EDTA/chitosan/SiO2/Fe3O4 是一種在中藥重金屬去除方面，有潛在應用價值的磁性吸附劑，同時相關工作還發表在國際期刊如Chemical Engineering Journal, Separation Science and Technology, Journal of Wuhan University of Technology – Materials Science 等SCI 收錄的雜志上。 參與這部分研究的主要研究生包括：趙玉玲、張燕、盧乃浩、袁燦、李雪犁、黃以、洪帆、王世珍等。 主要指導老師：高中洪、李海玲、彭紅、黃開勛 平臺建設： 生物無機化學與藥物湖北省重點實驗室是在華中科技大學“生物無機化學與藥物研究室”的基礎上，整合華中科技大學化學與化工學院生物無機化學、化學生物學和生命科學與技術學院納米藥物研究的力量，于2004年12月建設立項，2008年通過驗收。 第五部分：2003—2013納米藥物的研究 1999年在北京舉行的生物無機化學戰略研討會上，王夔先生提出了研究無機化合物的生物尺寸效應問題。當時，鄧英正在研究雄黃誘導ECV-304凋亡。為此，在謝長生教授實驗室制備了不同粒徑的雄黃進行研究，觀察到了尺寸效應。基于這一點，楊祥良和徐輝碧比較早地提出進行 “納米藥物”研究，同時得到領導大力支持。由于化學樓實驗室面積難于滿足一個新方向發展的需要，經校領導批準，納米藥物科研組遷至東11樓，參加到生命科學與技術學院的行列。納米藥物研究組產生于化學系的生物無機科研組，成長在生命科學與技術學院。在發展中，得到學院領導特別是黨總支書記耿建萍同志的關心和支持。經過十幾年的努力，集全校的力量，于 2009年，科技部批準我校建立國家納米藥物工程技術研究中心（籌），于2012年通過了驗收。 從一個新的思路，發展到建立國家級的研究平臺，令人深思。在這里，我們介紹的是納米藥物研究所的一部分與生物無機化學有關的工作。 生物無機化學中的納米技術 納米科技的快速發展，深刻影響并促進許多學科和技術的發展，對生物無機化學也不例外。近年來，許多無機納米材料，如：碳納米材料（石墨烯、碳納米管）、磁性納米材料（四氧化三鐵、三氧化二鐵、鐵鉑合金）、納米二氧化鈦、硅納米材料（二氧化硅、多孔單晶硅）、量子點（硒化鎘、碲化鎘）等在納米藥物和納米載藥系統、醫學影像對比劑，包括它們的生物安全性和納米毒理學研究，極大地拓展了生物無機化學研究領域，促進了生物無機化學學科的發展。 近十五年來，在學術帶頭人楊祥良教授指導并參與下，在納米生物無機化學研究領域也開展了相關研究，包括： （1）多功能納米磁球用于腦膠質瘤的靶向磁共振成像； （2）納米二氧化鈦透皮行為與毒性機理； （3）三維石墨烯與細胞生物學效應； （4）量子點在納米藥物動力學研究中的應用 （1）多功能納米磁球用于腦膠質瘤的靶向磁共振成像（Lf-SPIONs） 浸潤性神經膠質瘤（腦膠質瘤）是成年人最常見的原發性腦腫瘤。謝輝、朱艷紅等發現 C6 腦膠質瘤上乳鐵蛋白 (Lf) 受體表達高于癌旁組織與正常腦組織 (p
