综述：设计用于哺乳动物合成代谢的超分子催化系统

（编辑推荐）本综述系统探讨了超分子纳米催化剂（supramolecular nanocatalysts）在合成生物学中的应用进展，重点解析其通过非共价相互作用构建动态结构、优化哺乳细胞代谢通路（如能量转换/新型疗法）的设计策略，为生物技术（biotechnology）和医学创新提供分子工具箱。

　　

Abstract

合成生物学致力于利用可互换的独立组件，在细胞或无细胞环境中构建专门化系统，以重构天然遗传网络并开发生物医学与工业新工具。超分子纳米催化剂通过多重机制增强催化反应，正被整合至合成基因回路中以优化代谢途径。本文综述了该类催化剂在细胞系统（尤其是哺乳动物细胞）中的整合策略，涵盖其结构设计原理、维持超分子组装的相互作用类型，以及在能源生产、能量转换和新型疗法中的潜在应用。

超分子纳米催化剂的设计基础

超分子纳米催化剂的核心优势在于其动态可编程性。通过氢键、π-π堆积或金属配位等非共价作用，模块化组件可自组装形成具有催化活性的纳米结构。例如，基于卟啉（porphyrin）的组装体可通过轴向配位调控血红素（heme）活性中心微环境，显著提升氧化还原酶（oxidoreductase）的催化效率¹。这类设计允许催化剂在生理条件下响应pH或ATP浓度等信号发生构象变化，从而实时调节代谢通量。

哺乳动物细胞中的整合挑战

将外源催化剂递送至哺乳动物细胞需克服膜屏障与胞内降解两大难题。近期研究采用病毒样颗粒（VLPs）或脂质体包裹策略，成功将人工氢化酶（hydrogenase）导入线粒体，使其与三羧酸循环（TCA cycle）耦联产生NADH²。值得注意的是，催化剂表面修饰细胞穿透肽（CPPs）可显著提升溶酶体逃逸效率，但可能干扰天然蛋白相互作用网络，需通过计算模拟优化电荷分布。

代谢调控与治疗应用

在糖尿病模型中，葡萄糖响应型超分子催化剂实现了胰岛素分泌的闭环控制。其由苯硼酸（PBA）与聚乙烯醇（PVA）动态交联构成，血糖升高时解离释放封装的内质网（ER）应激抑制剂，使β细胞功能恢复³。类似地，肿瘤微环境（TME）激活的铂纳米簇（Pt-NCs）通过催化谷胱甘肽（GSH）耗竭增强化疗敏感性，同时降低顺铂（cisplatin）的全身毒性。

未来展望

超分子系统与合成生物学（synbio）的融合仍面临标准化难题。下一代设计或引入CRISPR-dCas9模块，使催化剂组装与特定基因表达同步。此外，利用冷冻电镜（cryo-EM）解析催化剂-代谢物复合物结构，将为精准靶向病理通路提供新范式。