学术前沿
Bioactive Materials | 一个由人工智能辅助设计的超分子工程纳米平台通过触发无效的代偿性黑色素生成程序来逆转色素形成
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详细介绍
该研究以题为“An AI-assisted designed supramolecularly engineered nanoplatform reverses pigmentation by triggering an ineffective compensatory melanin production program”发表在Bioactive Materials 上。
图1
BT的人工智能（AI）驱动设计、理论验证与自组装策略。a，AI辅助筛选过程流程图，旨在确定芩蕡（BA）的最佳分子伴侣。 b验证集上的AI模型混淆矩阵。 c，芩蕡素的物理图像（顶部）。氨甲环酸（TA）的化学结构及物理图像（下图）。 d，BA-TA（BT）组件的静电势（ESP）曲面图。红色和蓝色区域分别代表正电势和负静电势。 e，相互作用区指示器（IRI）分析的可视化。 f，g，IRI交互分析的散点图及相应的色条，其中符号（λ2）ρ 是电子密度与第二黑森本征值的乘积。 h，由BA和TA之间多点氢键形成的BT超分子组装概念示意图。
总结
本研究针对黄酮类化合物黄芩素水溶性差、透皮效率低的关键瓶颈，提出了一种人工智能辅助的超分子工程策略。通过反向传播神经网络与遗传算法联用的逆向设计，筛选出氨甲环酸作为黄芩素的理想分子伴侣，并经密度泛函理论验证了两者之间多点氢键介导的电荷互补性。由此构建的BT二元超分子组装体使黄芩素溶解度提升569倍，进一步经羟丙基-β-环糊精包封形成混合纳米平台DHBTC后，溶解度再增至97.3 mg/mL（提升608倍）。分子动力学模拟与体外透皮实验表明，该平台通过可逆地扰乱角质层脂质有序排列增强渗透性，累计透皮量达69.7 μg/cm²，并在真皮层形成药物储库。
在UVB诱导的小鼠色素沉着模型中，局部给予DHBTC显著抑制黑色素合成关键酶（TYR、TYRP1、DCT）及转录因子MITF的蛋白表达，同时激活Nrf2通路清除活性氧、抑制NF-κB核转位及TRPV1通道，发挥抗氧化与抗炎作用。单细胞转录组学揭示了一个“功能抑制-代偿反馈”机制：DHBTC通过促进自噬-溶酶体途径加速黑色素体降解，在蛋白水平阻断色素积累，却触发黑色素细胞中黑色素生成基因网络的转录上调，形成无效的代偿反应。该研究展示了从计算预测到超分子组装、再到细胞稳态调控的完整策略链，为天然产物的经皮递送与机制解析提供了新范式。
参考消息：
DOI: 10.1016/j.bioactmat.2026.01.027
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