在交通事故、自然灾害以及战争等场合下,失血过多是导致创伤性死亡的最大因素。目前院前急救中针对如大动脉出血的危急情况缺乏有效的止血措施,导致大量的死亡发生在抵达医院之前。因此,研究具有快速止血效果的紧急救生止血材料,对降低失血导致的死亡率具有重要意义。沸石分子筛作为一类无机矿物材料,其止血功能在上世纪80年代由美国科学家Francis X.Hursey发现。2002年,以沸石为主要成分的止血产品QuikClot,通过美国食品药品监督管理局(FDA)的临床批准,在多次战场中作为美军列装的急救包使用。十几年来,沸石止血材料已经在多种场合下成功挽救了数以千计的生命,但是到目前为止沸石分子筛的促凝机理仍未明了。近年来对材料表面的生物分子吸附层——蛋白质冠(Protein Corona)的认识,为建立材料的物理化学性质及其生物行为之间的关系提供了新的视角。本论文围绕沸石分子筛与血浆蛋白的相互作用开展研究,通过分析沸石表面蛋白质冠组分及其活性的动态变化,提出沸石表面促凝机制新的模型。我们首先从材料角度研究了沸石骨架中的金属阳离子和沸石表面对促凝效果的影响。发现Ca交换的沸石以离子交换的形式释放Ca2+到溶液中,通过影响凝血酶的激活来控制凝血时间的长短。除了 Ca2+浓度以外,我们还发现凝血酶的激活对沸石材料表面具有依赖,只有裸露的沸石表面与血浆接触时能实现有效激活凝血酶。接着,我们利用蛋白组学的技术,首次全面分析了沸石在凝血过程中其表面蛋白质冠的组分,发现沸石对血浆中的蛋白具有较强的选择性吸附。其中,沸石表面凝血系统相关蛋白的含量从0.66%增加到3.03%;鉴定到包括凝血因子FXII、FXI、FIX、FX、FV、FII和FXIII在内的完整内源性凝血通道,由此确证了沸石引发的内源性凝血途径。在凝血过程的早期阶段,凝血因子FX与FV被发现在沸石表面累积并组装为具有活性的凝血酶原酶复合物(Prothrombinase Complex),将凝血酶原(Prothrombin)激活为凝血酶(Thrombin),继而引发凝血反应。其中沸石的无机表面替代了生物体内细胞磷脂膜的功能,为凝血通道的激活和凝血酶原酶复合物的组装提供了活性界面。与经典凝血机制下溶液中激活的凝血酶不同,沸石表面生成的凝血酶具有优异的酶活性与稳定性。因此,我们提出沸石分子筛促凝过程的分子机制模型,并比较了其与传统凝血途径的差异及带来的影响。进一步的,我们研究了沸石与凝血酶之间的特异性相互作用,探究了其分子构象与活性变化之间对应关系。吸附在沸石上的凝血酶发生了较明显的二级结构变化,其α-螺旋和β-折叠分别减少了 7%、增加了 13%,对特异性发色底物的催化活性也降低至40%。通过预吸附BSA对沸石表面进行修饰,其结合的凝血酶活力能够显著提升,同时还增强了对抑制物(AT Ⅲ)的抵抗性。通过还原二甲基标记的质谱分析,我们探究了凝血酶中赖氨酸残基周围的局部微环境,发现吸附在沸石上的凝血酶中K345、K350和K440三个位点具有较低的空间暴露程度,可能是与沸石结合的潜在区域。最后,根据沸石表面完整的凝血通路和稳定的凝血酶活性特征,我们将其应用于对传统止血材料具有挑战的血友病和消化道出血的治疗中。对有系统性凝血障碍的血友病而言,沸石表面蛋白质冠中的凝血酶使其能够绕过内源性凝血通道,以旁路途径直接水解纤维蛋白原、引发凝血;相比于单一沸石组分的QuikClot,在缺乏FVIII因子的血友病小鼠断尾模型中将出血时间由1小时以上缩短至5分钟,并将存活率由60%提升至100%。对强酸性胃液条件下的止血,沸石及其表面的凝血酶展现出良好的耐受性,在经过胃液处理后依然能够有效促进凝血。在盐酸乙醇诱导的小鼠胃损伤模型中,口服2.5 g/kg沸石的小鼠胃内损伤面积为17.8±2.0%,显著低于对照组(35.1±4.4%);同时胃内pH值由2.0±0.5提高至3.5±0.5。总体而言,本论文创造性的通过对蛋白质冠组分和活性的动态分析,从分子层面为沸石分子筛的促凝机理提供了新的解释;同时探索了沸石与凝血酶之间的特异性生物-材料相互作用。蛋白质冠的形成,不仅使沸石表面性质发生改变,而且带来优异的促凝血活性,构建了一种新型生物无机复合止血材料,成功地应用于血友病和消化道出血的治疗中。