文章导读
基因治疗常受限于载体惰性，难以在体内精准触发化学反应。武汉大学团队另辟蹊径，将金属有机框架从单纯递送工具升级为孔道限域的生物正交催化平台。他们利用特定铜簇结构，在无外加还原剂条件下高效活化RNA，成功在活细胞及犬心脏模型中修复心律失常相关基因。这种晶态孔道不仅实现底物精准转化，更有效锁住铜离子避免毒性释放。当MOF从被动容器变为主动反应空间，大型动物的基因编辑治疗是否将迎来全新突破？
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（通讯员化苑）近日，《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）在线发表了武汉大学化学与分子科学学院教授邓鹤翔、田沺和武汉大学人民医院教授余锂镭团队在金属有机框架（MOF）领域的最新成果。该研究将MOF从传统药物和生物分子载体，拓展为孔道限域的生物正交催化平台，在MOF孔道内实现了核酸的生物正交转化，并进一步将这一化学转化推进至活细胞和犬心脏疾病模型的基因编辑治疗。该论文题为“Metal-Organic Framework as aBioorthogonalCatalyst for Gene Editing”（金属有机框架作为基因编辑的生物正交催化剂）。第一作者为化学与分子科学学院博士研究生陈子颐和博士后刘星宇，通讯作者为余锂镭、上海科技大学教授江怀东、田沺和邓鹤翔。
2025年诺贝尔化学奖授予MOF领域，使这类具有分子定制孔道的晶态材料备受瞩目。随着MOF孔道由微孔拓展至介孔，生物大分子得以进入孔内，推动了其在药物与生物大分子负载递送等方向的应用。然而，多数研究仍将MOF视为惰性载体，框架本身未直接参与化学转化。基于MOF金属节点结构明确、孔道结构可调、孔道化学环境可定制等特性，将生物正交反应引入孔道内部，有望将MOF从负载递送平台进一步拓展为生物正交催化反应空间。
在本工作中，研究团队基于网状化学策略，构筑了一系列具有不同铜簇构型和孔道结构的Cu-MOF，并以RNA的炔丙基脱保护为模型生物正交反应，系统考察了其催化性能。研究发现，稳定的Cu(I)活性中心、与底物匹配的孔道尺寸以及适宜的孔道化学环境，是MOF实现RNA定量转化的三个关键结构参数。其中，氨基功能化的MOF-248-NH2性能突出，能够在亚ppm铜浓度、无外加还原剂的条件下高效催化RNA脱保护。氨基修饰孔道可引导受保护RNA底物靠近Cu(I)活性中心，并在反应后促使产物远离，从而在限域空间内实现底物的识别、转化与释放。基于这一孔道限域的核酸催化过程，团队在活细胞中对受保护sgRNA进行原位生物正交活化，恢复了CRISPR/Cas9的基因编辑功能。在大急性心律失常模型中，该催化体系原位激活靶向SCN10A的sgRNA，改善了心律失常相关电生理表型（图一），验证了MOF生物正交催化在大型动物基因编辑治疗中的可行性。
该工作将生物正交反应从开放溶液或材料表面引入结构明确的MOF晶态孔道，在实现孔道内精准核酸转化与功能调控的同时，有效限制了铜离子的游离释放，避免了外源还原剂和额外配体的引入，展现出良好的生物相容性。它表明，MOF孔道不仅可以容纳生物分子，更能作为主动调控底物识别、化学转化和产物释放的功能反应空间。这一进展拓展了MOF从负载递送材料向孔道限域催化平台的功能边界，也为发展基于晶态孔材料的生物正交调控体系提供了新思路。
该论文的合作者包括武汉大学人民医院桑婉玥、周丽平、彭晨、黄佳星，武汉大学化学与分子科学学院李磊、胡高力、齐倩倩以及上海科技大学肖靖铖、陈诺、张恩赐等。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。武汉大学科研公共服务平台、武汉大学化学与分子科学学院大型仪器共享平台以及上海同步辐射光源（SSRF）为本工作的开展提供了有力支撑。
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