报告题目：基于植物来源的天然光合作用系统增强细胞合成代谢

报告时间：2022年12月18日（周日） 10：00

报告地点：腾讯会议号（128 687 584）

报告人： 林贤丰  特聘研究员  （浙江大学医学院附属邵逸夫医院）

报告人简介：

林贤丰，浙江大学医学院特聘研究员、主治医师，研究生导师。获第十一届中国青年创业奖、浙江省医坛新秀。近年来主要围绕去免疫原性天然生物材料制备与骨肌系统再生修复的机理和应用转化，开展了跨学科交叉研究，以通讯/第一作者在国际权威期刊Nature、Matter、Developmental Cell、Science Advances、JACS、Biomaterials等发表SCI论文30余篇，H指数23。以第一发明人申请中国国家发明专利12项（授权7项），PCT国际专利3项，主持国家自然科学基金项目3项，担任科技部“生物医用材料研发与组织器官修复替代”重点研发计划子课题负责人项目1项。

报告摘要：

从地球上出现生命伊始，光合作用就能通过捕获光照实现ATP和NADPH的自主合成，为各类生命活动提供所需的能量和物质。这种已在地球进行了十多亿年的能量转换的方式，吸引越来越多的科学家对利用光合反应实现特定应用场景产生了浓厚兴趣。那么是否可以通过利用光合作用反应来调节细胞内的ATP和NADPH含量和浓度，以纠正病理状态下细胞的合成代谢障碍呢？

2022年12月7日，浙江大学医学院附属邵逸夫医院林贤丰、范顺武与浙江大学化学系唐睿康团队在Nature上发表了题为“基于植物来源的天然光合作用系统增强细胞合成代谢”（A plant-derived natural photosynthetic system for improving cell anabolism）的学术论文，提出了利用植物来源的光合作用系统增强哺乳动物细胞合成代谢的新医疗模式。

植物的叶绿体包含了称为类囊体的内膜系统。光合作用的光反应，包括光吸收、氧气释放以及ATP、NADPH的形成，都在位于类囊体膜上的光合电子传递链上进行。作者首先通过提取并纯化菠菜叶绿体中的类囊体，并通过超声和挤压获得了新型的纳米类囊体单元(Nanothylakoid units, NTUs)。NTUs有效的保留类囊体膜上进行光合作用所需的蛋白质成分，其在体外具有类似于类囊体细胞器的独立光合功能，能够在光照下有效的合成ATP和NADPH。然而，为了将NTUs安全地递送到细胞内，必须解决免疫排斥和体内清除问题。在人体细胞水平上，各种类型的免疫相关细胞（主要是巨噬细胞）负责异物的识别和吞噬。在亚细胞的细胞器水平，细胞内溶酶体则通过降解来消化和去除异物。为了实现NTUs的跨物种应用，作者采用了细胞膜伪装包封的方式，利用了细胞膜的同型靶向作用，让机体细胞的细胞以为是“自己人”，从而避免免疫排斥，给细胞移植NTUs。通过多种胞吞抑制试验，作者证实了细胞不再将细胞膜包载的NTUs作为“异物”进行内吞，从而使NTUs成功进入细胞质基质。进一步的研究发现，NTUs在细胞内可以在光控下精准的产生ATP和NADPH，增强细胞的合成代谢。

为了进行概念性验证，团队选择了一种常见的衰老退行性疾病——骨关节炎作为疾病模型。骨关节炎是目前临床上致畸致残的最主要原因之一。其特点是疾病进展过程中会出现关节软骨的破坏，这主要是由于软骨细胞的合成代谢和分解代谢之间的不平衡所致。损伤退变的软骨细胞往往会表现出ATP、NADPH的耗竭以及细胞内合成代谢受损。目前的骨关节炎的生物治疗还无法系统性地纠正损伤退变软骨细胞的代谢失衡，因此临床预后不佳。作者利用软骨细胞膜对NTUs进行伪装包封，通过给予特定强度的光照刺激，精确增强了退变软骨细胞内的ATP、NADPH水平，从而重塑软骨细胞的合成代谢，实现退行性骨关节炎疾病的治疗。