1.發現Ca離子分子篩具有優秀的凝血作用
2.提出分子篩-生物界面作用增強凝血
第一作者：Xiaoqiang Shang, Hao Chen
通訊作者：范杰，Kenneth A. Dawson
通訊作者單位：浙江大學，都柏林大學學院
主要內容
圖1. Ca離子交換分子篩界面增強凝血
凝血酶原（prothrombin）的活化在人體的止血過程中是其中的關鍵，用于阻止失血、出血性休克；分子篩是一類微孔鋁硅酸鹽材料，人們目前發現分子篩在處理核控制大出血中非常有效，但是目前人們對分子篩的止血作用機制并不理解。
有鑒于此，浙江大學范杰教授、愛爾蘭都柏林大學學院Kenneth A. Dawson等報道從分子級別揭示分子篩在激活凝血酶作用中的機理，發現凝血酶原酶復合物能夠在Ca離子分子篩的無機界面上進行自組裝。這種自組裝過程與天然血小板的生理過程不同，在Ca離子分子篩的表面上凝血酶原轉化為凝血酶的過程表現了顯著的凝血酶激活，展示了較高的穩定凝血酶活性，比內源性凝血酶的活性至少提高12倍。本文研究為理解分子篩界面功能化在凝血酶激活中的作用提供相關經驗，為設計更好的防出血劑提供經驗。
背景
分子篩作為一類微孔結構的硅鋁酸鹽材料，目前展示具有止血劑效用，2000年前后，人們首次發現分子篩顆粒能夠對多種不同動物實現暫時性大出血控制止血，這種技術被成功用于軍隊處理傷員，但是這種止血過程容易產生放熱作用因此容易導致人員受傷，因此后來發展了替代性的高嶺土紗布材料，2019年人們發展了一種分子篩-棉花復合材料（zeolite–cotton hybrid）能夠止血的同時避免對人體造成損傷。但是目前人們對分子篩材料的止血機制并未很好的理解。
新發展
作者對Ca-交換分子篩能夠形成硬蛋白冠（protein corona，納米材料進入生物環境之后，如含血清培養基或血液等體液，其表面吸附的一層或多層蛋白所組成的結構）的現象進行揭示，隨后研究了凝血因子的分布與激活。具體的從分子層次與分鐘時間尺度揭示分子篩產生凝血效應的原因。通過相關實驗，發現分子篩-生物界面激活與調控凝血酶原從而增強蛋白水解的活性，因此分子篩起到作為無機血小板的作用。
增強凝血機理
圖2. Ca離子交換分子篩增強凝血機理
作者提出分子篩凝血作用包括三個步驟：(1) 負電荷分子篩界面為產生大規模凝血酶提供平臺，激活和促凝血劑復合物進行組裝；(2) 凝血酶的爆發性增加。分子篩界面促凝復合物起到催化作用，引發大量凝血酶；(3) 形成纖維蛋白凝塊。這些步驟由于分子篩-蛋白質界面相互作用實現，而且每個步驟中的發展非常迅速，而且過程中由于分子篩的界面作用不再需要通過上個步驟引發下一步驟，因此三個步驟的發生存在重疊。
分子篩表面能夠與凝血酶原的組裝體進行配位，隨后控制大量生成凝血酶，這種生物-無機界面復合結構與普通凝血酶的作用方式明顯不同，因此顯著影響了凝塊的生成過程。與經典凝血過程的區別在于，經典凝血過程中在血小板表面激活的凝血酶分子釋放到血漿溶液中，但是加入分子篩后大多數凝血酶分子被分子篩捕獲分散在分子篩界面上。作者通過相關實驗，發現90.6 %凝血酶分子分布在硬蛋白冠中。
增強凝血效果
圖3. 分子篩凝血增強效果對比
作者通過顯色方法對分子篩增強凝血現象進行進一步研究，對是否加入分子篩的情況凝血效果進行比較。對比結果發現，經典凝血過程中凝血酶的由于凝血酶的生成和抑制過程中的動態平衡，導致在15 min時凝血酶達到峰值，隨后逐漸降低；但是加入分子篩后，凝血酶的生成逐步增加，而且保持較高的凝血酶生成速率，產生速率未見衰減。特別是經典凝血過程中在30 min后，凝血酶的形成基本上停止，但是加入分子篩后凝血酶產生的速率能夠在60 min仍保持峰值狀態。而且加入分子篩后凝血酶的最高產生速率是經典凝血效果的3倍。在60 min內，加入分子篩產生的凝血酶總量是未加入分子篩的12倍。
意義
本文發現的分子篩界面引發凝血作用發現了蛋白質濃度模型中被忽視的界面作用。展示了分子篩為引發凝血進程、促進凝血復合物組裝提供界面作用。拓展了高嶺土的玻璃化界面效應在激活凝血中的效果，這種分子篩界面為產生凝血酶、在特定位置進行凝血提供可能。
作者發現分子篩的Ca離子在凝血過程中起到關鍵作用，對比實驗結果發現含有其他金屬離子的分子篩無法在界面上進行凝血和生成有效凝塊。這種鈣離子交換分子篩的優異凝血效果說明其作為增強無機血小板，能夠用于處理普通血小板無法在大出血的傷口處形成穩定凝塊的缺點。
參考文獻及原文鏈接
Shang, X., Chen, H., Castagnola, V. et al. Unusual zymogen activation patterns in the protein corona of Ca-zeolites. Nat Catal 4, 607–614 (2021).
DOI: 10.1038/s41929-021-00654-6
https://www.nature.com/articles/s41929-021-00654-6
