改造漆酶以调控细胞内外的多巴胺信号

多巴胺常被称为“快乐神经递质”或“奖励分子”，在大脑的运动和认知功能中发挥关键作用。多巴胺浓度异常会导致多巴胺能功能失调，是多种神经和精神疾病的标志，如帕金森病（多巴胺水平降低）和精神分裂症（多巴胺信号过强）等。目前治疗策略多聚焦于弥补突触多巴胺不足，但针对多巴胺信号过强的有效方法稀缺，现有受体拮抗剂副作用大。

酶是高效、特异且生物安全的神经递质调节剂。单胺氧化酶（MAO）参与多巴胺分解代谢，但底物特异性差，还会产生有害活性氧（ROS）。漆酶作为一类多铜氧化酶，能将O₂还原为水而不产生ROS，极具潜力，但天然漆酶在生理环境中（pH>6）会因T2/T3三核铜簇（Cu TNC）受OH⁻抑制而活性低下。

本研究通过改造细菌小漆酶（SLAC）的Cu TNC，构建动态Ru-Cu双核中心（BNC），解决了上述问题。首先，通过两步金属组装策略：先将Ru³⁺与脱辅基SLAC结合形成Ru-SLAC，再引入Cu²⁺得到RuCu-SLAC。结构分析显示，Ru中心具有高B因子（112.65 Ų），配位环境动态变化；Cu中心则相对静态。

催化性能方面，改造后的漆酶保留了原有的催化机制：T1 Cu位点氧化多巴胺生成邻醌，Ru-Cu BNC将O₂经四电子还原为水，避免ROS产生。在生理pH条件下，其周转频率（TOF）显著提升，如pH 7.0时TOF为0.10 s⁻¹，是天然漆酶的2.6倍；且对多巴胺、肾上腺素等儿茶酚胺类底物具有特异性，对血清素、酪氨酸等无作用。

机制研究表明，Ru-Cu BNC通过自适应活性位点重构（可逆的Ru-Cu构型变化）降低了O₂转化为H₂O的动力学能垒。在中性溶液中，形成[Ru(O₂)─N─Cu]³⁺过氧中间体，借助组氨酸桥联和动态配位加速O─O键断裂。

在全细胞水平，RuCu-SLAC通过脂质体递送进入PC-12细胞后，可催化分解胞质内多巴胺前体或多巴胺本身，使囊泡多巴胺储存量降低至对照组的70%，钾离子诱发的胞吐释放量减少至60%。在体实验中，将RuCu-SLAC微注射到小鼠纹状体，通过快速循环伏安法（FSCV）检测发现，其能有效清除钾离子刺激诱发的细胞外多巴胺瞬变信号，浓度降至对照组的30%以下。

该研究通过反欧文-威廉姆斯系列策略构建了异核金属酶，为神经调节提供了新工具。尽管存在潜在脱靶效应（如影响肾上腺素、去甲肾上腺素）、生理还原剂干扰及血脑屏障递送等挑战，但其生物相容性高、调节可逆，为帕金森病、精神分裂症等多巴胺相关疾病的治疗开辟了新途径。未来可通过蛋白质工程、靶向递送及人工智能辅助设计进一步优化其性能。