酶（enzyme）是产生于活细胞之中并具有高度特异性和高效催化性能的蛋白质或RNA。由于酶催化具有高效性、专一性、反应条件温和等特点而被广泛应用于工业生产、疾病诊断和临床治疗等领域。尽管酶的催化效能好且应用广泛,但是其在实际应用中存在先天的壁垒。例如,在临床治疗中,酶的半衰期短,并且作为生物大分子其主动跨细胞膜能力差;在工业生产中,酶的稳定性不足和回收困难等缺点导致其重复利用能力差。因此,我们迫切地需要有效的手段提高酶的稳定性和入胞能力。在诸如酶结构修饰、蛋白质工程、酶微环境调节等众多手段中,酶组装技术由于具有如下优点成为近年来应用最广泛且最有效的策略:容易保持酶高效的催化活性;提高酶在高温、酸碱pH环境和有机溶剂中的稳定性;方便对酶活性进行调控。金属有机框架（Metal-organic frameworks,MOFs）是由金属离子和有机配基通过配位作用结合而形成的框架结构。MOFs具有孔隙率高、比表面积大、表面易修饰、孔径易调节等特点,近年来成为进行酶分子组装的理想材料。MOFs组装酶的方式包括表面共价连接、表面吸附、孔吸附、共沉淀以及仿生矿化。其中,仿生矿化的方式因为其合成条件温和、对酶保护效果好、能够担载高分子量的酶分子等优势而被广泛地应用于酶的组装。仿生矿化,道仿自然,即模仿自然界生物矿物质形成过程中无机物在有机物的协调作用下形成复合材料的过程,通过仿生矿化可以将有机物分子,包括蛋白质、核酸和脂类等组装到MOFs框架结构之中,从而实现对有机分子的保护。基于上述考虑,本研究采用仿生矿化的策略,构建了两类MOFs为基质的酶分子组装体,分别为生物基MOF组装嗜热脂肪酶和ZIF-8（Zeolite midazolide structural frameworks-8）介导SOD酶分子的组装,并将其成功应用于生物柴油的制备及帕金森疾病的治疗中。具体研究结果如下:1.生物基MOF组装脂肪酶催化生物柴油合成的研究生物柴油是指生物油脂与甲醇/乙醇经转酯化反应所形成的脂肪酸甲酯/脂肪酸乙酯,其燃料性能与石油基柴油接近,但具有更为明显的优势,如节能环保、通用性好、点火性能佳、燃烧更充分等,其中脂肪酶催化的转酯反应是生物柴油合成中一条绿色环保的途径。本研究中,我们以腺嘌呤为有机配体,利用仿生矿化技术构建生物基MOF组装脂肪酶的复合物,命名为lipase@Bio-MOF。该过程中,脂肪酶参与到生物基MOF的结晶和组装过程,辅助生物基MOF形成规整的球形形貌;lipase@Bio-MOF中脂肪酶的担载量为15%左右,并且组装之后并不会改变脂肪酶的二级结构。更为重要的是,组装后生物基MOF能够有效保持脂肪酶的催化活性,提升酶分子的温度耐受性、在酸碱pH以及金属离子环境中的稳定性。最后,该组装酶为催化剂,能够高效催化甲醇和葵花籽油的酯基转移反应合成生物柴油,在不同的油/醇比例下均能够获得理想的转化率,重复使用多次后,该体系均能够保持完整的结构与形貌,具有优异的催化生物柴油合成能力。总之,lipase@Bio-MOF组装酶为生物柴油的绿色合成提供了新的技术手段,为以MOF为基质的组装酶在生物催化领域的应用搭建了良好的平台。2.SOD@ZIF-8组装体的构建和抗氧化活性研究活性氧（Reactive oxygen species,ROS）是由体内活细胞生成的氧的单电子还原产物,可以由细胞正常代谢、化学因素或辐射等因素产生。体内过多产生的ROS所造成的氧化损伤与包括肿瘤、衰老、炎症以及神经系统疾病在内的多种疾病密切相关。超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase,SOD）作为抗氧化系统的重要酶类,其有效的体内递送对ROS过量所导致疾病的治疗具有重要的意义。本研究中,我们通过仿生矿化技术成功构建纳米级组装酶SOD@ZIF-8。SOD的担载与ZIF-8的形成“相辅相成,协同共生”,即SOD促进ZIF-8的结晶和规则形貌的形成,而ZIF-8有效提高SOD对于苛刻环境的耐受性和对胰蛋白酶的抗性。不同于MOFs表面吸附或者孔吸附的酶固载方式,仿生矿化技术所构建的酶组装体中,SOD分子均匀地分布于ZIF-8的内部,能够有效维持酶分子二级结构的稳定进而保持理想的催化活性。以N2野生型秀丽隐杆线虫为模式生物,评价SOD@ZIF-8在线虫体内的催化活性,结果发现SOD@ZIF-8能够有效地清除线虫体内ROS,从而改善线虫健康状态和抗应激能力,改善衰老相关基因的表达水平,实现延长线虫寿命的目的。以上结果表明,SOD@ZIF-8组装酶的成功构建,并在体外和线虫体内保持优良的抗氧化活性,为基于清除ROS水平构建抗氧化、抗衰老型纳米制剂开辟了新的途径。3.SOD@ZIF-8治疗帕金森疾病的研究帕金森疾病（Parkinson’s disease,PD）作为一种典型的神经退行性疾病,其发病机制目前尚不完全明朗,但是脑部的氧化应激在PD的发生和发展过程中发挥着重要的作用。因此,针对PD的抗氧化治疗有望成为一种有效的预防和治疗手段。本研究中,我们通过仿生矿化的方式成功构建了纳米组装体SOD@ZIF-8,在体外和体内均检测到理想的抗氧化活性的基础上,进一步将SOD@ZIF-8应用于PD的治疗,在细胞及动物模型上系统评价该组装酶的作用效果与机制。细胞水平上,利用1-甲基-4-苯基吡啶离子（MPP+）刺激SHSY-5Y细胞构建PD神经细胞模型,SOD@ZIF-8作用后,具有显著优于游离SOD的入胞效果,进而具有更好地清除胞内ROS的能力,最终能够有效缓解MPP+刺激所造成的细胞死亡,提高酪氨酸羟化酶（Tyrosine hydroxylase,TH）的表达水平;同时,SOD@ZIF-8通过降低细胞的凋亡率实现对细胞的保护作用;此外,该组装酶可以长时间在细胞内发挥抗氧化作用。动物水平上,与游离酶相比,SOD@ZIF-8具有更长的体内半衰期,提升了酶分子在体内的稳定性及循环时间;以1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶（MPTP）刺激C57BL/6雄性小鼠构建PD动物模型,SOD@ZIF-8作用后可以缓解PD的行为学症状,显著提高脑黑质区域合成多巴胺（Dopamine,DA）的重要酶—酪氨酸羟化酶的表达水平,进而提高纹状体区域DA的含量。同时,给药后小鼠脑部ROS和丙二醛（Malondialdehyde,MDA）含量都明显降低,提示我们SOD@ZIF-8对神经细胞的保护作用和对PD症状的缓解是由于降低了脑部的氧化应激水平。最后,在正常小鼠体内,尾静脉注射SOD@ZIF-8并不会引起肝脏、肾脏毒性及主要脏器的器质性病变,表明该体系具有良好的生物相容性。以上结果表明,SOD@ZIF-8能够有效清除细胞和生物体内ROS,通过缓解氧化损伤达到对PD的治疗效果,为该类酶组装体在ROS相关疾病中的应用提供了新的思路。综上,我们利用仿生矿化技术构建了纳微粒径的酶组装体,分别应用于生物柴油的催化合成和帕金森疾病的治疗,上述研究成功克服了酶分子应用中的诸多瓶颈,为推进以MOFs为基质的组装酶分子在工业生产和生物医学领域中的广阔应用奠定了良好的基础。