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湖北省2015年度国家科技奖推荐项目
自然科学奖
一、胶质神经血管单元功能整合与缺血脑保护
推荐单位:华中科技大学
（一）项目简介
脑卒中发病率高，死亡率在我国居各类疾病之首，严重危害人类健康。急性缺血性脑卒中（脑梗死）占全部脑卒中的60%-80%。长期以来，围绕脑缺血的脑保护开展了大量研究，但迄今临床上针对脑缺血损伤仍缺乏有效的治疗药物。深入研究缺血性脑损伤机制，寻找新的临床治疗靶点和方法具有重要意义和重大社会需求。神经科学的最新研究进展提示，脑内胶质细胞-神经元-血管之间存在广泛的信息连接和通讯，形成胶质-神经-血管功能单元（neurovascular unit）,生理及病理状态下三者之间的结构和功能整合是维持正常神经活动的前提。因此，发现和阐明正常及脑缺血状态下胶质-神经-血管单元各组分间结构与功能耦联特征、信号传导机制以及针对性的脑保护干预靶点是国际神经科学前沿和脑缺血重大疾病防治中关键科学问题。
该项目围绕上述科学问题，经过近二十年的系统研究，在多项国家级科研项目支持下，以神经血管单元为研究对象，以胶质细胞为调控重点，系统研究脑缺血后神经血管单元信号失衡、结构功能改变以及相关调控机制，取得了如下重要的创新性研究成果：
1、发现缺血早期溶酶体分泌作用激活是胞外ATP和溶酶体酶增加的主要来源，揭示了胶质细胞通过溶酶体分泌释放ATP的机制，为进一步阐明脑缺血早期神经损伤机制，寻找脑保护治疗靶点提供了科学依据；
2、发现星形胶质细胞细胞间电偶联的生物物理学特性,阐明了胶质细胞缝隙连接蛋白通讯介导脑缺血后海马神经元损伤以及认知功能障碍的机制，为揭示脑缺血后远隔部位神经损伤和功能障碍的病理生理机制提供了确凿的理论依据；
3、发现脑缺血后调控细胞周期可以减少神经元凋亡、胶质疤痕形成以及血管损伤，对胶质-神经-血管单元有整体保护作用，提出特异性细胞周期调控是未来神经保护的重要靶向的新思想。
本项目发表SCI收录论文104篇。其中在Nature cell biology（IF: 20.761）、Ann Neurol （IF: 11.193）、Prog Neurobiology （IF：9.035）、Biomaterials（IF：8.314）、Stroke （IF: 6.499）等专业杂志发表代表性SCI论文20篇，包括三篇封面文章，其中8篇代表作总影响因子76.55，他引455次，单篇最高引用198次。20篇核心论著总影响因子131.71，他引762次。主要发现和结论在Nature Rev Neurosci, Nature Neurosci等综述性论文中被重点介绍和评述，并被Nature Reviews Molecular Cell Biology，Lancet, JAMA, Physiological reviews, Nature Medicine 等顶级期刊多次正面引用。英国伦敦大学的著名神经科学教授Attwel在Nature Rev Neurosci 杂志专题评述我们“最重要的是发现星形胶质细胞可以通过溶酶体囊泡释放ATP”；英国著名的神经科学家Geoffrey Burnstock在Nature Reviews Drug Discovery 撰文指出我们“首次发现星形胶质细胞可通过溶酶体囊泡释放ATP,为胶质细胞功能的认识带来了新的变革”。美国华盛顿大学教授、Glia 杂志主编Ransom Bruce对我们的研究给予充分肯定，并指出“我们有关细胞周期调控的研究具有重要意义,将会引起神经科学以及胶质细胞研究领域的广泛兴趣”。应“Prog Neurobiology”(IF：10.467)杂志主编的邀请王伟教授撰写关于细胞周期调控与神经系统疾病的综述，并以封面文章发表。胶质细胞研究领域国际权威著作《Neuroglia》（Bruce R. Ransom主编，牛津出版社2013年出版）专门章节介绍我们的研究发现,部分研究结果已被编入国家七年制医学生教材。主要完成人员组织了3次国际会议,在国际大会作特邀报告20次，其中，担任国际大会与分会主席8 次。项目组成成员含中国科学院院士1名，国家杰出青年基金获得者2名，长江学者特聘教授1名，2人担任973 项目首席科学家，2人获全国百篇优秀博士论文奖。曾获教育部自然科学一等奖和湖北省自然科学一等奖各一项。
（二）主要完成人情况表
（三）代表性论文专著目录
自然科学奖
二、小分子对核酸的识别和调控作用研究
推荐单位：武汉大学
（一）项目简介
本项目的研究内容属于交叉学科化学生物学的重要领域。小分子对核酸结构和功能调控是实现许多重大疾病诊断和药物分子获取的关键因素，如何开发对核酸特异识别和功能调控的小分子是世界难题。针对不同构象的核酸，围绕活性小分子的靶向设计、合成和相互作用机制等方面，我们进行了多年系统深入的研究，实现了若干小分子对核酸的重要结构的识别和功能调控，为基于核酸相关重大疾病的诊断和药物治疗的基础性和前瞻性研究提供了若干新理论和新方法。主要原创性成果为：
1. 提出了构建对肿瘤细胞具有特异杀伤作用的可诱导核酸交联剂新策略和方法。分别利用光、氧化剂和酶的诱导，可以产生小分子活性中间体，实现对核酸的共价交联，从而阻断核酸复制，达到对肿瘤细胞选择性杀伤的目的。这种可诱导交联策略具备很好的可调控性，对于提高活性分子选择性、降低非特异性带来的生物毒性具有重要意义。研究成果被ACS 的Heart Cut(2003, 3) 推荐介绍，评论的文章被选为当年9篇最佳评述文章之一（Best of Heart Cut in 2003，其它最佳评述文章中有对发表在Nature上的文章评述）。
2. 揭示小分子对四链核酸的结构识别的新机制。合成的小分子能选择性识别和作用于不同细胞区域的G四链核酸(G4)，如识别端粒G4和癌基因c-myc基因启动子区G4，并对不同构象的G4的识别具有很好的选择性，提出小分子对G4识别的新机制。对G4特异结合分子能通过荧光响应，创立了用目视方法来区分不同结构核酸的新技术。研究成果被Chemical Biology, Chemistry World，C& EN, Chinese Scienc e，Noteworth Chemistry等追踪报道。
3．实现了小分子对核酸的结构调控。合成的小分子可以在可见和紫外光分别诱导下，诱导单链核酸和G4的相互转换，实现了小分子对G4结构的调控。构建的钌配合物能高效诱导和调控B-型DNA转变为具有重要生物功能作用的Z-型DNA，突破了传统的Z-DNA 诱导剂所受的碱基序列的局限和盐离子浓度的限制，对揭示生物学规律具有重要意义。研究成果被Angew. Chem. Int. Ed.编辑选为“Hot Paper”
4．小分子对核酸的功能化调控的新理论和新技术。通过血红素分子与不对称拆分-组装的核酸序列结合后表现出过氧化物酶活性，解决了用可视化的方法对单个突变碱基检测的难题，成为核酸疾病检测的重要技术。揭示了端粒DNA 在分子拥挤条件下经酶促反应释放后的折叠过程，发现端粒的3’端的大小和长度可以影响G4的形成的动力学和热力学过程，建立了小分子对G4功能调控的理论。部分工作被诺贝尔奖获得者Cech教授在Nat. Rev.Mol. Cell Bio.文章中认为是“在体内研究确实有用”。以色列院士Itamar Willner 教授在论文中也引用我们的成果进行阐述。
本项目的研究成果在高水平杂志J. Am. Chem. Soc. （5篇），Angew. Chem. Int. Ed. (4篇) ，Nucleic Acids Res.（1篇）等上发表，8篇代表作被SCI他引373次，他引459次；20篇核心文章被SCI他引866次，他引1034次。获得国家发明专利5项。阶段性成果获得湖北省自然科学一等奖，药明康德生物化学奖二等奖。
（二）主要完成人情况表
（三）代表性论文专著目录
自然科学奖
三、基于原子分子体系的量子信息处理基础研究
推荐单位：中科院武汉物数所
（一）项目简介
量子信息处理研究中面临的关键问题是量子纠缠与退相干机理、量子纠缠实验体系的制备、量子通讯协议的建立。本项目基于原子分子体系，围绕上述量子信息处理中的关键问题，开展了深入系统的研究，在理论和实验研究方面取得了多项突破。主要科学发现如下：
1. 系统研究了量子纠缠与退相干特性深入研究了退相干的机理和对系统的纠缠的影响, 在国际上最先提出了基于线性光学元件和投影测量方法实现纠缠态浓缩的实用方案，基于核磁共振体系首次在刘维空间实现了无退相干子空间，针对空腔体系（包括光学腔和微波腔）与原子（离子）体系结合的量子信息处理开展了系统的研究（代表性论文1，3，5, 8）。
本项目比较了非马尔可夫环境下失协与纠缠的异同，率先指出了失协比纠缠更适合表征非马尔可夫条件下的量子关联，被认为是最早明确区分非马尔可夫环境下失协与纠缠异同的三项重要工作之一；提出的纠缠态浓缩的实现方案，可基于现有实验技术将任意四粒子非最大纠缠态浓缩到两个粒子最大纠缠态，研究结果被Nature上的论文引述；基于核磁共振体系，首次在刘维空间实现了无退相干子空间，并实验演示了其避错能力, 被认为是用核磁共振体系实现无退相干子空间的三个实验之一；提出了超导量子干涉器件中量子比特腔量子电动力学的制备方案，被认为是成功结合超导量子比特与腔量子电动力学的实验方案之一；给出了耗散因子对绝热量子逻辑门的影响的解析表达式，对量子计算中如何压制退相干提供了新思路。
2. 制备了冷原子量子信息处理体系在国际上率先实现了冷原子系综的双色电磁诱导透明；利用空间光调制器实现了单原子蓝失谐微型光阱（代表性论文6，7）。
本项目制备的冷原子双色光场耦合电磁诱导透明介质，为同时实现多色光子的减速、多个慢光子间量子纠缠提供了可能，这是在国际上利用冷原子介质实现双色电磁诱导透明的第一个实验报道；单原子微型光阱，为实现原子基态和里德堡态的同时囚禁、基于里德堡阻塞提高中性原子量子比特相位门的保真度创造了条件。
3. 建立了两路量子通讯协议在国际上率先指出了两路量子通讯协议中存在拒绝服务攻击, 首次提出了使用密集编码的两路量子通讯协议和单光子（两态）的两路量子密码通讯协议（代表性论文2，4）。
本项目提出了针对乒乓（ping-pong）协议的攻击方案，给出了修正后的协议，使通讯者可以有效发现拒绝服务攻击，从而保证了通讯双方的信息安全；在国际上率先研究了两路量子通讯在侧信道攻击下的安全性；提出了基于量子纠缠的密集编码两路量子密码通讯协议以及单光子（两态）两路量子通讯协议，并且证明在理想信道下通讯是安全的。本项目在两路量子通讯的一系列研究工作受到该领域同行的广泛关注和引用，并荣获2012年中国物理学会“最有影响论文”一等奖。
本项目的8篇代表性论文被SCI 论文他引733次，其中单篇最高SCI 论文他引168次。20篇主要论文被SCI 论文他引1359次，本项目部分成果曾于2009年获湖北省自然科学一等奖，共获14件发明专利授权，1人任973 项目首席科学家，1人任中国科学院创新团队项目负责人，培养中科院院长优秀奖获得者2人。
（二）主要完成人情况表
（三）代表性论文专著目录
补充说明：代表性论文3没有标注明确的通讯作者。第一作者赵志在论文发表当时为在读博士研究生，现在国外工作；第三作者詹明生当时为赵志的博士指导教师，是实质上的通讯作者。合作者潘建伟*当时在奥地利维也纳大学工作。
发明奖
四、农产品黄曲霉毒素靶向抗体创制与高灵敏检测技术
推荐单位：中国农业科学院油料作物研究所
（一）项目简介
本项目属于农业科学技术领域。近年来，国内外农产品质量安全事件时有发生，引起了国际社会广泛关注和各国政府高度重视。黄曲霉毒素是广泛污染农产品的一类强致癌、剧毒性真菌毒素，是农产品进出口贸易的必检项目，包括B、G和M族，其中B1最普遍且毒性最强，为氰化钾的10倍、砒霜的68倍，致癌力为六六六农药的10000倍，各国限量标准日趋严格。花生、玉米、稻米、牛奶等农产品最易受黄曲霉毒素污染，因缺少简便易行高灵敏检测技术而难以发现，严重威胁消费者健康与生命安全，制约农业产业发展与国际贸易。本项目在国家科技攻关、863等课题支持下，经过十多年系统研究，使我国跃居本领域国际领先行列，主要技术发明内容如下：
1.首次探明了黄曲霉毒素免疫活性位点及其对抗体亲和力的靶向诱导效应，创建了杂交瘤融合与单克隆化的一步式半固体培养-梯度筛选法。通过氨基酸序列比对、分子对接和突变体验证实验，首次探明了苯基与呋喃环氧基是黄曲霉毒素分子免疫活性位点，发现了活性位点对黄曲霉毒素B1、M1、G1抗体亲和力均有靶向诱导效应，亲和力常数提高3-5倍，提出了黄曲霉毒素抗体亲和力的靶向诱导效应学说；进而创建了外源细胞因子bFGF、HFCS调控杂交瘤融合与单克隆化的一步式半固体培养-梯度筛选法，为抗体创制提供了新思路、新方法和理论指导。
2.创制出黄曲霉毒素总量与分量M1、B1、G1系列抗体，创造了其灵敏度、特异性世界最高纪录。基于靶向诱导学说和一步式筛选法，发明了1C11、2C9、10G4、3G1等单克隆抗体57株，IC50高达0.001ng/mL，交叉反应率低至0，在迄今报道的同类抗体中灵敏度最高、特异性最强；并进而构建了黄曲霉毒素阳性抗体基因库和纳米抗体基因库，首次创制出AFM-G2、AFB-G15纳米抗体，为自主创建黄曲霉毒素高灵敏检测技术提供了核心材料。
3.创建了3种黄曲霉毒素高灵敏检测技术与标准体系。采用上述自主知识产权抗体，创建了黄曲霉毒素总量与分量M1、B1、G1侧向流免疫时间分辨荧光检测技术、纳米金多组分同步检测技术，填补空白，灵敏度比现有技术提高50倍，荧光增强免疫亲和检测技术灵敏度同比提高10倍；均已被采纳为国家农业行业标准发布实施。
4.研制出黄曲霉毒素3种检测仪器和17种试剂盒。基于上述技术发明，研制出黄曲霉毒素总量与分量M1、B1、G1时间分辨荧光试剂盒、纳米金试剂盒及免疫亲和试剂盒共17种产品和3种检测仪器，灵敏度高达0.003-0.3ng/mL，具有灵敏准确、特异性强、快速简便、成本低特点。实现了从抗体创制靶向诱导理论创新，到检测技术和终端产品的全程创新，为农产品黄曲霉毒素高灵敏检测提供了关键技术、产品和标准。
本项目已获湖北省技术发明一等奖、中国农业科学院科学技术成果一等奖，获授权发明专利31项（包括美国1项，韩国1项），发表论文91篇（其中SCI论文40篇, 包括一区Top7篇），累计被引687次，英文著作（章）2部，研制发布国家农业行业标准10项，得到国际学术界高度评价。
（二）推广应用情况
在全国22省粮、油、奶等农产品生产与仓储领域广泛应用，同时还在饲料、检测与科研领域得到应用，取得了显著的社会和经济效益，为农产品质量安全科技进步、产业发展与消费安全做出了突出贡献。
（三）曾获科技奖励情况
（四）主要知识产权证明目录
（五）主要完成人情况表